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本书主要讲述采用现代 C++ 在 x86-64 Linux 上编写多线程 TCP 网络服务程序的主流常规技术，重点讲解一种适应性较强的多线程服务器的编程模型，即 one loop per thread。这是在 Linux 下以 native 语言编写用户态高性能网络程序最成熟的模式，掌握之后可顺利地开发各类常见的服务端网络应用程序。本书以 muduo 网络库为例，讲解这种编程模型的使用方法及注意事项。本书的宗旨是贵精不贵多。掌握两种基本的同步原语就可以满足各种多线程同步的功能需求，还能写出更易用的同步设施。掌握一种进程间通信方式和一种多线程网络编程模型就足以应对日常开发任务，编写运行于公司内网环境的分布式服务系统。

目　录
第 1 部分 C++ 多线程系统编程
第 1 章 线程安全的对象生命期管理
1.1 当析构函数遇到多线程
1.1.1 线程安全的定义
1.1.2 MutexLock 与 MutexLockGuard
1.1.3 一个线程安全的 Counter 示例
1.2 对象的创建很简单
1.3 销毁太难
1.3.1 mutex 不是办法
1.3.2 作为数据成员的 mutex 不能保护析构
1.4 线程安全的 Observer 有多难
1.5 原始指针有何不妥
1.6 神器 shared_ptr/weak_ptr
1.7 插曲：系统地避免各种指针错误
1.8 应用到 Observer 上
1.9 再论 shared_ptr 的线程安全
1.10 shared_ptr 技术与陷阱
1.11 对象池
1.11.1 enable_shared_from_this
1.11.2 弱回调
1.12 替代方案
1.13 心得与小结
1.14 Observer 之谬
第 2 章 线程同步精要
2.1 互斥器（mutex）
2.1.1 只使用非递归的 mutex
2.1.2 死锁
2.2 条件变量（condition variable）
2.3 不要用读写锁和信号量
2.4 封装 MutexLock、MutexLockGuard、Condition
2.5 线程安全的 Singleton 实现
2.6 sleep(3) 不是同步原语 
2.7 归纳与总结
2.8 借 shared_ptr 实现 copy-on-write
第 3 章 多线程服务器的适用场合与常用编程模型
3.1 进程与线程
3.2 单线程服务器的常用编程模型
3.3 多线程服务器的常用编程模型 
3.3.1 one loop per thread
3.3.2 线程池
3.3.3 推荐模式
3.4 进程间通信只用 TCP
3.5 多线程服务器的适用场合
3.5.1 必须用单线程的场合
3.5.2 单线程程序的优缺点
3.5.3 适用多线程程序的场景
3.6 “多线程服务器的适用场合”例释与答疑
第 4 章 C++ 多线程系统编程精要
4.1 基本线程原语的选用
4.2 C/C++ 系统库的线程安全性
4.3 Linux 上的线程标识
4.4 线程的创建与销毁的守则
4.4.1 pthread_cancel 与 C++
4.4.2 exit(3) 在 C++ 中不是线程安全的
4.5 善用 __thread 关键字
4.6 多线程与 IO
4.7 用 RAII 包装文件描述符
4.8 RAII 与 fork()
4.9 多线程与 fork()
4.10 多线程与 signal
4.11 Linux 新增系统调用的启示
第 5 章 高效的多线程日志
5.1 功能需求
5.2 性能需求
5.3 多线程异步日志
5.4 其他方案
第 2 部分 muduo 网络库
第 6 章 muduo 网络库简介
6.1 由来
6.2 安装
6.3 目录结构
6.3.1 代码结构
6.3.2 例子
6.3.3 线程模型
6.4 使用教程
6.4.1 TCP 网络编程本质论
6.4.2 echo 服务的实现
6.4.3 七步实现 finger 服务
6.5 性能评测
6.5.1 muduo 与 Boost.Asio、libevent2 的吞吐量对比
6.5.2 击鼓传花：对比 muduo 与 libevent2 的事件处理效率
6.5.3 muduo 与 Nginx 的吞吐量对比
6.5.4 muduo 与 ZeroMQ 的延迟对比
6.6 详解 muduo 多线程模型
6.6.1 数独求解服务器
6.6.2 常见的并发网络服务程序设计方案
第 7 章 muduo 编程示例
7.1 五个简单 TCP 示例
7.2 文件传输
7.3 Boost.Asio 的聊天服务器
7.3.1 TCP 分包
7.3.2 消息格式
7.3.3 编解码器 LengthHeaderCodec
7.3.4 服务端的实现
7.3.5 客户端的实现
7.4 muduo Buffer 类的设计与使用
7.4.1 muduo 的 IO 模型
7.4.2 为什么 non-blocking 网络编程中应用层 buffer 是必需的
7.4.3 Buffer 的功能需求
7.4.4 Buffer 的数据结构
7.4.5 Buffer 的操作
7.4.6 其他设计方案
7.4.7 性能是不是问题
7.5 一种自动反射消息类型的 Google Protobuf 网络传输方案
7.5.1 网络编程中使用 Protobuf 的两个先决条件
7.5.2 根据 type name 反射自动创建 Message 对象
7.5.3 Protobuf 传输格式
7.6 在 muduo 中实现 Protobuf 编解码器与消息分发器
7.6.1 什么是编解码器（codec）
7.6.2 实现 ProtobufCodec
7.6.3 消息分发器（dispatcher）有什么用
7.6.4 ProtobufCodec 与 ProtobufDispatcher 的综合运用
7.6.5 ProtobufDispatcher 的两种实现
7.6.6 ProtobufCodec 和 ProtobufDispatcher 有何意义
7.7 限制服务器的最大并发连接数
7.7.1 为什么要限制并发连接数
7.7.2 在 muduo 中限制并发连接数
7.8 定时器
7.8.1 程序中的时间
7.8.2 Linux 时间函数
7.8.3 muduo 的定时器接口
7.8.4 Boost.Asio Timer 示例
7.8.5 Java Netty 示例
7.9 测量两台机器的网络延迟和时间差
7.10 用 timing wheel 踢掉空闲连接
7.10.1 timing wheel 原理
7.10.2 代码实现与改进
7.11 简单的消息广播服务
7.12 “串并转换”连接服务器及其自动化测试
7.13 socks4a 代理服务器
7.13.1 TCP 中继器
7.13.2 socks4a 代理服务器
7.13.3 N : 1 与 1 : N 连接转发
7.14 短址服务
7.15 与其他库集成
7.15.1 UDNS
7.15.2 c-ares DNS
7.15.3 curl
7.15.4 更多
第 8 章 muduo 网络库设计与实现
8.0 什么都不做的 EventLoop
8.1 Reactor 的关键结构
8.1.1 Channel class
8.1.2 Poller class
8.1.3 EventLoop 的改动
8.2 TimerQueue 定时器
8.2.1 TimerQueue class
8.2.2 EventLoop 的改动
8.3 EventLoop::runInLoop() 函数
8.3.1 提高 TimerQueue 的线程安全性
8.3.2 EventLoopThread class
8.4 实现 TCP 网络库
8.5 TcpServer 接受新连接
8.5.1 TcpServer class
8.5.2 TcpConnection class
8.6 TcpConnection 断开连接
8.7 Buffer 读取数据
8.7.1 TcpConnection 使用 Buffer 作为输入缓冲
8.7.2 Buffer::readFd()
8.8 TcpConnection 发送数据
8.9 完善 TcpConnection
8.9.1 SIGPIPE
8.9.2 TCP No Delay 和 TCP keepalive
8.9.3 WriteCompleteCallback 和 HighWaterMarkCallback
8.10 多线程 TcpServer
8.11 Connector
8.12 TcpClient
8.13 epoll
8.14 测试程序一览
第 3 部分 工程实践经验谈
第 9 章 分布式系统工程实践
9.1 我们在技术浪潮中的位置
9.1.1 分布式系统的本质困难
9.1.2 分布式系统是个险恶的问题
9.2 分布式系统的可靠性浅说
9.2.1 分布式系统的软件不要求 7 × 24 可靠
9.2.2 “能随时重启进程”作为程序设计目标
9.3 分布式系统中心跳协议的设计
9.4 分布式系统中的进程标识
9.4.1 错误做法
9.4.2 正确做法
9.4.3 TCP 协议的启示
9.5 构建易于维护的分布式程序
9.6 为系统演化做准备
9.6.1 可扩展的消息格式
9.6.2 反面教材：ICE 的消息打包格式
9.7 分布式程序的自动化回归测试
9.7.1 单元测试的能与不能
9.7.2 分布式系统测试的要点
9.7.3 分布式系统的抽象观点
9.7.4 一种自动化的回归测试方案
9.7.5 其他用处
9.8 分布式系统部署、监控与进程管理的几重境界
9.8.1 境界 1：全手工操作
9.8.2 境界 2：使用零散的自动化脚本和第三方组件
9.8.3 境界 3：自制机群管理系统，集中化配置
9.8.4 境界 4：机群管理与 naming service 结合
第 10 章 C++ 编译链接模型精要
10.1 C 语言的编译模型及其成因
10.1.1 为什么 C 语言需要预处理
10.1.2 C 语言的编译模型
10.2 C++ 的编译模型
10.2.1 单遍编译
10.2.2 前向声明
10.3 C++ 链接（linking）
10.3.1 函数重载
10.3.2 inline 函数
10.3.3 模板
10.3.4 虚函数
10.4 工程项目中头文件的使用规则
10.4.1 头文件的害处
10.4.2 头文件的使用规则
10.5 工程项目中库文件的组织原则
10.5.1 动态库是有害的
10.5.2 静态库也好不到哪儿去
10.5.3 源码编译是王道
第 11 章 反思 C++ 面向对象与虚函数
11.1 朴实的 C++ 设计
11.2 程序库的二进制兼容性
11.2.1 什么是二进制兼容性
11.2.2 有哪些情况会破坏库的 ABI
11.2.3 哪些做法多半是安全的
11.2.4 反面教材：COM
11.2.5 解决办法
11.3 避免使用虚函数作为库的接口
11.3.1 C++ 程序库的作者的生存环境
11.3.2 虚函数作为库的接口的两大用途
11.3.3 虚函数作为接口的弊端
11.3.4 假如 Linux 系统调用以 COM 接口方式实现
11.3.5 Java 是如何应对的
11.4 动态库接口的推荐做法
11.5 以 boost::function 和 boost::bind 取代虚函数
11.5.1 基本用途
11.5.2 对程序库的影响
11.5.3 对面向对象程序设计的影响
11.6 iostream 的用途与局限
11.6.1 stdio 格式化输入输出的缺点
11.6.2 iostream 的设计初衷
11.6.3 iostream 与标准库其他组件的交互
11.6.4 iostream 在使用方面的缺点
11.6.5 iostream 在设计方面的缺点
11.6.6 一个 300 行的 memory buffer output stream
11.6.7 现实的 C++ 程序如何做文件 IO
11.7 值语义与数据抽象
11.7.1 什么是值语义
11.7.2 值语义与生命期
11.7.3 值语义与标准库
11.7.4 值语义与 C++ 语言
11.7.5 什么是数据抽象
11.7.6 数据抽象所需的语言设施
11.7.7 数据抽象的例子
第 12 章 C++ 经验谈
12.1 用异或来交换变量是错误的
12.1.1 编译器会分别生成什么代码
12.1.2 为什么短的代码不一定快
12.2 不要重载全局 ::operator new()
12.2.1 内存管理的基本要求
12.2.2 重载 ::operator new() 的理由
12.2.3 ::operator new() 的两种重载方式
12.2.4 现实的开发环境
12.2.5 重载 ::operator new() 的困境
12.2.6 解决办法：替换 malloc()
12.2.7 为单独的 class 重载 ::operator new() 有问题吗
12.2.8 有必要自行定制内存分配器吗
12.3 带符号整数的除法与余数
12.3.1 语言标准怎么说
12.3.2 C/C++ 编译器的表现
12.3.3 其他语言的规定
12.3.4 脚本语言解释器代码
12.3.5 硬件实现
12.4 在单元测试中 mock 系统调用
12.4.1 系统函数的依赖注入
12.4.2 链接期垫片（link seam）
12.5 慎用匿名 namespace
12.5.1 C 语言的 static 关键字的两种用法
12.5.2 C++ 语言的 static 关键字的四种用法
12.5.3 匿名 namespace 的不利之处
12.5.4 替代办法
12.6 采用有利于版本管理的代码格式
12.6.1 对 diff 友好的代码格式
12.6.2 对 grep 友好的代码风格
12.6.3 一切为了效率
12.7 再探 std::string
12.7.1 直接拷贝（eager copy）
12.7.2 写时复制（copy-on-write）
12.7.3 短字符串优化（SSO）
12.8 用 STL algorithm 轻松解决几道算法面试题
12.8.1 用 next_permutation() 生成排列与组合
12.8.2 用 unique() 去除连续重复空白
12.8.3 用 {make,push,pop}_heap() 实现多路归并
12.8.4 用 partition() 实现“重排数组，让奇数位于偶数前面”
12.8.5 用 lower_bound() 查找 IP 地址所属的城市
第 4 部分 附录
附录 A 谈一谈网络编程学习经验
附录 B 从《C++ Primer（第 4 版）》入手学习 C++
附录 C 关于 Boost 的看法
附录 D 关于 TCP 并发连接的几个思考题与试验
参考文献

前言
本书主要讲述采用现代C++ 在x86-64 Linux 上编写多线程TCP 网络服务程序的主流常规技术，这也是我对过去5 年编写生产环境下的多线程服务端程序的经验总结。本书重点讲解多线程网络服务器的一种IO 模型，即one loop per thread。这是一种适应性较强的模型，也是Linux 下以native 语言编写用户态高性能网络程序最成熟的模式，掌握之后可顺利地开发各类常见的服务端网络应用程序。本书以muduo网络库为例，讲解这种编程模型的使用方法及注意事项。
muduo 是一个基于非阻塞IO 和事件驱动的现代C++ 网络库，原生支持one loop per thread 这种IO 模型。muduo 适合开发Linux 下的面向业务的多线程服务端网络应用程序，其中“面向业务的网络编程”的定义见附录A。“现代C++”指的不是C++11 新标准，而是2005 年TR1 发布之后的C++ 语言和库。与传统C++ 相比，现代C++ 的变化主要有两方面：资源管理（见第1 章）与事件回调（见第449 页）。
本书不是多线程编程教程，也不是网络编程教程，更不是C++ 教程。读者应该已经大致读过《UNIX 环境高级编程》、《UNIX 网络编程》、《C++ Primer》或与之内容相近的书籍。本书不谈C++11，因为目前（2012 年）主流的Linux 服务端发行版的g++ 版本都还停留在4.4，C++11 进入实用尚需一段时日。
本书适用的硬件环境是主流x86-64 服务器，多路多核CPU、几十GB 内存、千兆以太网互联。除了第5 章讲诊断日志之外，本书不涉及文件IO。
本书分为四大部分，第1 部分“C++ 多线程系统编程”考察多线程下的对象生命期管理、线程同步方法、多线程与C++ 的结合、高效的多线程日志等。第2 部分“muduo 网络库”介绍使用现成的非阻塞网络库编写网络应用程序的方法，以及muduo 的设计与实现。第3 部分“工程实践经验谈”介绍分布式系统的工程化开发方法和C++ 在工程实践中的功能特性取舍。第4 部分“附录”分享网络编程和C++语言的学习经验。
本书的宗旨是贵精不贵多。掌握两种基本的同步原语就可以满足各种多线程同步的功能需求，还能写出更易用的同步设施。掌握一种进程间通信方式和一种多线程网络编程模型就足以应对日常开发任务，编写运行于公司内网环境的分布式服务系统。（本书不涉及分布式存储系统，也不涉及UDP。）

术语与排版范例
本书大量使用英文术语，甚至有少量英文引文。设计模式的名字一律用英文，例如Observer、Reactor、Singleton。在中文术语不够突出时，也会使用英文，例如class、heap、event loop、STL algorithm 等。注意几个中文C++ 术语： 对象实体（instance）、函数重载决议（resolution）、模板具现化（instantiation）、覆写（override）虚函数、提领（dereference）指针。本书中的英语可数名词一般不用复数形式，例如两个class，6 个syscall；但有时会用(s) 强调中文名词是复数。fd 是文件描述符（file descriptor）的缩写。“CPU 数目”一般指的是核（core）的数目。容量单位kB、MB、GB 表示的字节数分别为103、106、109，在特别强调准确数值时，会分别用KiB、MiB、GiB 表示210、220、230 字节。用诸如§11.5 表示本书第11.5 节，L42 表示上下文中出现的第42 行代码。[JCP]、[CC2e] 等是参考文献，见书末清单。
一般术语用普通罗马字体，如mutex、socket；C++ 关键字用无衬线字体，如class、this、mutable；函数名和class 名用等宽字体，如fork(2)、muduo::EventLoop，其中fork(2) 表示系统函数fork() 的文档位于manpage 第2 节，可以通过man 2 fork命令查看。如果函数名或类名过长，可能会折行，行末有连字号“-”，如EventLoop-ThreadPool。文件路径和URL 采用窄字体，例如muduo/base/Date.h、http://chenshuo.com。用中文楷体表示引述别人的话。

代码
本书的示例代码以开源项目的形式发布在GitHub 上，地址是http://github.com/chenshuo/recipes/ 和http://github.com/chenshuo/muduo/。本书配套页面提供全部源代码打包下载，正文中出现的类似recipes/thread 的路径是压缩包内的相对路径，读者不难找到其对应的GitHub URL。本书引用代码的形式如下，左侧数字是文件的行号，右侧的“muduo/base/Types.h”是文件路径1。例如下面这几行代码是muduo::string 的typedef。

muduo/base/Types.h
15 namespace muduo
16 {
17
18 #ifdef MUDUO_STD_STRING
19 using std::string;
20 #else // !MUDUO_STD_STRING
21 typedef __gnu_cxx::__sso_string string;
22 #endif

本书假定读者熟悉diff -u 命令的输出格式，用于表示代码的改动。
本书正文中出现的代码有时为了照顾排版而略有改写，例如改变缩进规则，去掉单行条件语句前后的花括号等。就编程风格而论，应以电子版代码为准。
联系方式
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Linux多线程服务端编程：使用muduo C++网络库