2.libuv基础

libuv基础：

Libuv强制采用异步的、事件驱动的编程风格。它的核心工作是提供一个基于I/O和其他活动通知的事件循环和回调。Libuv提供了核心实用程序，如计时器、非阻塞网络支持、异步文件系统访问、子进程等。

事件循环：

在事件驱动编程中，应用程序对某些事件感兴趣，并在事件发生时对其作出响应。libuv负责从操作系统收集事件或监视其他事件来源，用户可以注册回调，以便在事件发生时调用。事件循环通常会永远运行下去。在伪代码:

while there are still events to process:
    e = get the next event
    if there is a callback associated with e:
        call the callback

以下是一些事件的例子:

• 文件已准备好写入
• 套接字有可以读取的数据
• 计时器超时

这个事件循环被uv_run()封装——使用libuv时的end-all函数。

系统程序最常见的活动是处理输入和输出，而不是大量的数字运算。使用传统输入/输出函数(read, fprintf等)的问题是它们是阻塞的。与处理器的速度相比，实际写入硬盘或从网络读取所需的时间长得不成比例。函数直到任务完成后才返回，因此您的程序什么也不做。对于要求高性能的程序，这是一个主要的障碍，因为其他活动和其他I/O操作一直在等待。

标准的解决方案之一是使用线程。每个阻塞I/O操作都在单独的线程(或线程池)中启动。当阻塞函数在线程中被调用时，处理器可以调度另一个真正上需要CPU的线程运行。

libuv所遵循的方法使用了另一种风格，即异步、非阻塞风格。大多数现代操作系统都提供事件通知子系统。例如，对套接字的一个普通的read调用会阻塞，直到发送方实际发送了一些东西。相反，应用程序可以请求操作系统监视套接字并在队列中放入事件通知。应用程序可以方便地检查事件(可能在最大限度使用处理器之前做一些数字运算)并获取数据。它是异步的，因为应用程序在某一点表示兴趣，然后在另一点(在时间和空间上)使用数据。它是非阻塞的，因为应用程序进程可以自由地执行其他任务。这很符合libuv的事件循环方法，因为操作系统事件可以被视为另一个libuv事件。非阻塞确保其他事件可以像在[1]中一样快速地被处理。

• 注释：I / O是如何在后台运行并不是我们关心的,但由于我们的计算机硬件的工作方式,与线程处理器的基本单位,libuv和操作系统通常会运行背景/工作线程和/或轮询以非阻塞的方式执行任务。

Bert Belder, libuv核心开发者之一，有一个小视频解释libuv的架构和它的背景。如果你之前没有libuv或libev的经验，这是一个快速，有用的视频。

Hello World：

 了解了这些基本知识之后，让我们编写第一个libuv程序。它什么也不做，除了启动一个将立即退出的循环。

helloworld/main.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <uv.h>

int main() {
    uv_loop_t *loop = malloc(sizeof(uv_loop_t));
    uv_loop_init(loop);

    printf("Now quitting.\n");
    uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);

    uv_loop_close(loop);
    free(loop);
    return 0;
}

此程序立即退出，因为它没有事件要处理。必须告诉libuv事件循环注意使用各种API函数的事件。

从libuv v1.0开始，用户应该在使用uv_loop_init(uv_loop_t *)初始化之前为循环分配内存。这允许您插入自定义内存管理。记住使用uv_loop_close(uv_loop_t *)来反初始化循环，然后删除存储。这些例子从来没有关闭循环，因为在循环结束后程序将退出，系统将回收内存。

生产级项目，特别是长时间运行的系统程序，应该注意正确发布。

默认循环：

默认循环由libuv提供，可以使用uv_default_loop()访问。如果你只想要一个循环，你应该使用这个循环。

• 注意：Node.js使用默认循环作为其主循环。如果您正在编写绑定，则应该注意这一点。

错误处理：

可能失败的初始化函数或同步函数在出错时返回一个负数。可能失败的异步函数将向它们的回调函数传递一个状态参数。错误消息被定义为UV_E*常量。

可以使用uv_strerror(int)和uv_err_name(int)函数分别获取描述错误或错误名称的const char *。

I/O读回调(例如文件和套接字)被传递一个参数nread。如果nread小于0，则有一个错误(UV_EOF是文件结束错误，您可能希望以不同的方式处理)。

处理和请求：

Libuv由对特定事件感兴趣的用户工作。这通常是通过创建一个I/O设备、定时器或进程的句柄来完成的。句柄是不透明的结构体，命名为uv_TYPE_t，其中type表示句柄的用途。

libuv 监视器：

/* Handle types. */
typedef struct uv_loop_s uv_loop_t;
typedef struct uv_handle_s uv_handle_t;
typedef struct uv_dir_s uv_dir_t;
typedef struct uv_stream_s uv_stream_t;
typedef struct uv_tcp_s uv_tcp_t;
typedef struct uv_udp_s uv_udp_t;
typedef struct uv_pipe_s uv_pipe_t;
typedef struct uv_tty_s uv_tty_t;
typedef struct uv_poll_s uv_poll_t;
typedef struct uv_timer_s uv_timer_t;
typedef struct uv_prepare_s uv_prepare_t;
typedef struct uv_check_s uv_check_t;
typedef struct uv_idle_s uv_idle_t;
typedef struct uv_async_s uv_async_t;
typedef struct uv_process_s uv_process_t;
typedef struct uv_fs_event_s uv_fs_event_t;
typedef struct uv_fs_poll_s uv_fs_poll_t;
typedef struct uv_signal_s uv_signal_t;

/* Request types. */
typedef struct uv_req_s uv_req_t;
typedef struct uv_getaddrinfo_s uv_getaddrinfo_t;
typedef struct uv_getnameinfo_s uv_getnameinfo_t;
typedef struct uv_shutdown_s uv_shutdown_t;
typedef struct uv_write_s uv_write_t;
typedef struct uv_connect_s uv_connect_t;
typedef struct uv_udp_send_s uv_udp_send_t;
typedef struct uv_fs_s uv_fs_t;
typedef struct uv_work_s uv_work_t;

句柄代表长生命周期的对象。此类句柄上的异步操作是使用请求标识的。请求是短暂的(通常只在一个回调中使用)，并且通常表示句柄上的一个I/O操作。请求用于保存单个操作的发起和回调之间的上下文。例如，UDP套接字由uv_udp_t表示，而对套接字的单独写入使用uv_udp_send_t结构，该结构在写入完成后传递给回调。

句柄应该设置匹配的:

uv_TYPE_init(uv_loop_t *, uv_TYPE_t *)

函数

回调是当观察者感兴趣的事件发生时，libuv就会调用的函数。特定于应用程序的逻辑通常在回调中实现。例如，IO观察器的回调将接收从文件读取的数据，计时器回调将在超时时触发，等等。

空转

下面是一个使用空转句柄的例子。callback在事件循环的每一个回合中被调用一次。在实用程序中讨论了空闲句柄的用例。让我们使用一个空闲的监控器来查看监控器的生命周期，并看看uv_run()现在是如何阻塞的，因为存在一个监控器。空闲监视程序在达到计数时停止，uv_run()退出，因为没有活动的事件监视程序。

 idle-basic/main.c

#include <stdio.h>
#include <uv.h>

int64_t counter = 0;

void wait_for_a_while(uv_idle_t* handle) {
    counter++;

    if (counter >= 10e6)
        uv_idle_stop(handle);
}

int main() {
    uv_idle_t idler;

    uv_idle_init(uv_default_loop(), &idler);
    uv_idle_start(&idler, wait_for_a_while);

    printf("Idling...\n");
    uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);

    uv_loop_close(uv_default_loop());
    return 0;
}

存储环境

在基于回调的编程风格中，你通常希望在调用站点和回调之间传递一些“上下文”——应用程序特定的信息。所有的句柄和请求都有一个void*数据成员，你可以将其设置为上下文，并在回调中进行强制转换。这是整个C库生态系统中使用的一种常见模式。此外，uv_loop_t也有一个类似的数据成员。