剖析Muduo Buffer
本文部分内容摘自陈硕的Blog – Muduo设计与实现之一：Buffer类的设计，并附上自己的理解，如有不对，请指出🤩
Buffer的要求
Muduo Buffer的设计要点：
- 对外表现为一块连续的内存(char*, len)
- 是一个动态数组，大小可以自动增长适应不同大小的消息
- 内部以
vector of char来保存数据，并提供相应的接口
按照陈硕的话来讲，Muduo Buffer 就像一个queue，从末尾写入数据，从头部读出数据。
Buffer的数据结构
Buffer 的内部是一个 vector of char，它是一块连续的内存。此外，Buffer 有两个 data
members，指向该 vector 中的元素。这两个 indices 的类型是 int，不是 char*，目的是应对
迭代器失效。muduo Buffer 的设计参考了 Netty 的 ChannelBuffer 和 libevent 1.4.x 的
evbuffer。
Muduo Buffer 的数据结构如下：
两个 indices 把 vector 的内容分为三块：prependable、readable(可读区域)、writable（可写区域），各块的大小是（公式一）：
prependable = readIndex
readable = writeIndex - readIndex
writable = size() - writeIndex
readIndex 和 writeIndex 满足以下不变式(invariant):
0 ≤ readIndex ≤ writeIndex ≤ data.size()
Muduo Buffer 里有两个常数 kCheapPrepend 和 kInitialSize，定义了 prependable 的初始大小和 writable 的初始大小。（readable 的初始大小为 0。）在初始化之后，Buffer 的数据结构如下：括号里的数字是该变量或常量的值。
根据以上（公式一）可算出各块的大小，刚刚初始化的 Buffer 里没有 payload 数据，所以 readable == 0。
以下是muduo::Buffer的类图，图片来源于陈硕的博客
具体的操作可以去看以下陈硕的博客，写的很清楚。
Buffer::readFd()
陈硕原话：
- 在非阻塞网络编程中，如何设计并使用缓冲区？一方面我们希望减少系统调用，一次读的数据越多越划算，那么似乎应该准备一个大的缓冲区。另一方面，我们系统减少内存占用。如果有 10k 个连接，每个连接一建立就分配 64k 的读缓冲的话，将占用 640M 内存，而大多数时候这些缓冲区的使用率很低。muduo 用 readv 结合栈上空间巧妙地解决了这个问题。
系统调用readv在UNIX 网络编程306页有讲解，具体作用为：运行一个系统调用读取多个缓冲区。并把这种操作称为分散读。
在muduo中如何运用readv？
- 在栈上准备65536字节的
extrabuf - 比较Buffer可写字节数
writable和extrabuf的大小 - 若Buffer可写字节数
writable小于extrabuf，那么用这两块缓冲区作为分散读的操作对象 - 反之，只用
writable作为分散读的操作对象（其实就是若writable>65535字节，就选择一个缓冲区；writable<= 65535字节，就选择他们两个缓冲区） - 这样如果读入的数据不多，那么全部都读到 Buffer 中去了；如果长度超过 Buffer 的 writable 字节数，就会读到栈上的 extrabuf里，然后程序再把 extrabuf里的数据 append 到 Buffer 中。
这么做的好处：
- 利用栈上的空间做临时空间，避免开辟巨大的 Buffer 造成浪费
- 避免反复调用 read 系统调用
大致代码如下：
ssize_t Buffer::readFd(int fd, int *saveErrno)
{ char extrabuf[65536] = {0};struct iovec vec[2]; const std::size_t writable = writableBytes();// Buffer底层缓冲区可写的空间大小vec[0].iov_base = begin() + writerIndex_; vec[0].iov_len = writable;vec[1].iov_base = extrabuf;vec[1].iov_len = sizeof extrabuf;const int iovcnt = (writable < sizeof extrabuf) ? 2 : 1;const ssize_t n = readv(fd, vec, iovcnt);if(n < 0){*savenoErrno = errno;}else if(n <= writable){writerIndex_ += n;}else{writerIndex_ = buffer_.size();append(extrabuf, n - writable);}return n;
}writerIndex_ = buffer_.size();append(extrabuf, n - writable);}return n;
}