Linux高性能网络编程十谈|9个C++的开源的网络框架

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继续上一篇《Linux高性能网络编程十谈|C++11实现22种高并发模型》，大家对于 C++ 实现各种 Server 比较感兴趣，于是我把工作这些年接触的高性能开源的网络框架整理了一遍，基于9个C++网络框架实现 Echo Server 样例。

github代码地址：https://github.com/linkxzhou/mylib/tree/master/c%2B%2B/high_performance_server

为了大家简便测试，所以当前项目使用 Bazel 构建，减少一些库的依赖，构建步骤如下：

# ========== 安装bazel
# macOS
brew install bazel

# Ubuntu/Debian
sudo apt install apt-transport-https curl gnupg
curl -fsSL https://bazel.build/bazel-release.pub.gpg | gpg --dearmor > bazel.gpg
sudo mv bazel.gpg /etc/apt/trusted.gpg.d/
echo"deb [arch=amd64] https://storage.googleapis.com/bazel-apt stable jdk1.8" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/bazel.list
sudo apt update && sudo apt install bazel

# CentOS/RHEL
sudo dnf copr enable vbatts/bazel
sudo dnf install bazel

# ========== 安装依赖
# macOS
brew install libuv libevent libev boost
brew install folly wangle proxygen  # 可选

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install libuv1-dev libevent-dev libev-dev libboost-all-dev

# CentOS/RHEL
sudo yum install libuv-devel libevent-devel libev-dev boost-devel

# ========== 构建所有服务器
./build_all_bazel.sh

# 或使用 Bazel 直接构建
bazel build //...

# 构建特定服务器
bazel build //ace:ace_echo_server
bazel build //libevent:libevent_echo_server
bazel build //boost_asio:boost_asio_echo_server
bazel build //seastar:seastar_echo_server
bazel build //libev:libev_echo_server
bazel build //libuv:libuv_echo_server
bazel build //mongoose:mongoose_echo_server
bazel build //proxygen:proxygen_echo_server
bazel build //wangle:wangle_echo_server

开源框架

性能对比

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框架简介

1. libevent - 事件驱动架构

特点:

• 跨平台兼容性: 支持 Linux (epoll)、macOS (kqueue)、Windows (IOCP) 等多种平台
• 多种 I/O 多路复用: 自动选择最优的 I/O 机制 (epoll/kqueue/select)
• 缓冲事件处理: 内置缓冲区管理，简化网络编程
• HTTP 支持: 内置 HTTP 服务器和客户端功能
• 定时器支持: 高精度定时器和超时处理
• 线程安全: 支持多线程环境下的事件处理
• 内存管理: 高效的内存池和缓冲区管理

底层架构:

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核心组件:

• event_base: 事件循环核心，管理所有事件
• evconnlistener: 连接监听器，处理新连接
• bufferevent: 缓冲事件处理，自动管理读写缓冲区
• 回调函数: echo_read_cb, echo_event_cb
• 平台适配: 自动选择最优 I/O 多路复用机制

2. libev - 高性能事件循环

特点:

• 极致性能: 专为高性能设计，最小化系统调用开销
• Linux 优化: 深度优化 epoll 性能，支持 Linux 特有功能
• 轻量级设计: 代码简洁，内存占用极小
• 多种事件类型: 支持 I/O、定时器、信号、子进程等事件
• 嵌套事件循环: 支持事件循环的嵌套调用
• 高精度定时器: 基于红黑树的高效定时器实现
• 信号处理: 安全的异步信号处理机制

底层架构:

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核心组件:

• ev_loop: 高性能事件循环，支持多种后端
• ev_io: I/O 事件监视器，监控文件描述符
• ev_timer: 高精度定时器，基于红黑树实现
• accept_cb: 连接接受回调，处理新连接
• client_cb: 客户端数据处理回调

3. libuv - 跨平台异步 I/O

特点:

• Node.js 底层: Node.js 的核心依赖，经过大规模生产验证
• 跨平台统一: 统一的 API 抽象不同平台的异步 I/O
• 线程池: 内置线程池处理文件 I/O 和 CPU 密集任务
• 异步文件操作: 完整的异步文件系统 API
• 进程管理: 跨平台的进程创建和管理
• 网络抽象: 高级网络 API，支持 TCP、UDP、管道
• 事件循环: 单线程事件循环 + 多线程工作池

底层架构:

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核心组件:

• uv_loop_t: 跨平台事件循环，统一不同平台的异步机制
• uv_tcp_t: TCP 句柄，封装网络连接
• uv_read_start: 开始异步读取数据
• uv_write: 异步写入数据，支持批量写入
• 线程池: 处理阻塞操作，避免阻塞主线程

4. Boost.Asio - 异步网络编程

特点:

• C++ 标准候选: 设计现代，可能成为 C++ 标准库的一部分
• 类型安全: 强类型系统，编译时错误检查
• 协程支持: 支持 C++20 协程，简化异步编程
• 可扩展性: 支持自定义 I/O 对象和协议
• SSL/TLS: 内置 SSL/TLS 支持
• 定时器: 高精度定时器和截止时间
• 信号处理: 异步信号处理机制

底层架构:

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核心组件:

• io_context: I/O 执行上下文，管理异步操作
• tcp::acceptor: TCP 接受器，监听新连接
• session: 会话管理类，封装连接生命周期
• 异步操作: async_accept, async_read_some, async_write
• 协程支持: C++20 协程集成

5. ACE - 自适应通信环境

特点:

• 企业级框架: 经过大型企业系统验证的成熟框架
• 设计模式丰富: 实现了多种网络编程设计模式
• 高度可配置: 支持编译时和运行时配置
• 跨平台: 支持 40+ 种操作系统和编译器
• 面向对象: 完全面向对象的设计
• 组件化: 模块化设计，可按需使用
• 性能优化: 针对高并发场景的优化

底层架构:

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核心组件:

• ACE_Reactor: 反应器模式核心，支持多种实现
• ACE_Event_Handler: 事件处理器基类
• ACE_SOCK_Acceptor: 套接字接受器
• ACE_SOCK_Stream: 套接字流，封装网络通信
• 设计模式: Reactor、Proactor、Acceptor-Connector

6. Seastar - 无共享架构

特点:

• 无共享设计: 每个 CPU 核心独立运行，避免锁竞争
• 用户态网络栈: 绕过内核，直接操作网络硬件 (DPDK)
• 协程支持: 基于 future/promise 的协程模型
• 内存管理: 自定义内存分配器，减少内存碎片
• CPU 亲和性: 严格的 CPU 核心绑定
• 零拷贝: 最小化数据拷贝操作
• 现代 C++: 大量使用 C++14/17 特性

底层架构:

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核心组件:

• app_template: 应用程序模板，管理应用生命周期
• server_socket: 服务器套接字，支持多核心
• connected_socket: 连接套接字，封装网络连接
• future<>: 异步操作结果，支持链式调用
• 无共享架构: 每核心独立的内存、网络队列、调度器

7. Wangle - Pipeline 架构

特点:

• Pipeline 设计: 模块化的请求处理管道
• Facebook 生产: Facebook 内部大规模使用
• 类型安全: 强类型的 Pipeline 组件
• 可组合性: 灵活的处理器组合
• 协议无关: 支持多种网络协议
• 负载均衡: 内置负载均衡和连接池
• SSL/TLS: 完整的 SSL/TLS 支持

底层架构:

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核心组件:

• ServerBootstrap: 服务器引导程序，配置服务器
• Pipeline: 处理管道，链式处理请求
• ByteToMessageDecoder: 字节到消息解码器
• HandlerAdapter: 处理器适配器，连接不同类型的处理器
• IOBuf: 高效的缓冲区管理

8. Proxygen - HTTP 专用库

特点:

• HTTP 专用: 专为 HTTP/1.1 和 HTTP/2 优化
• Facebook 开源: Facebook 内部 HTTP 服务的基础
• HTTP/2 支持: 完整的 HTTP/2 实现，包括服务器推送
• 流式处理: 支持大文件的流式上传下载
• 压缩支持: 内置 gzip、deflate 压缩
• WebSocket: 完整的 WebSocket 支持
• 性能监控: 内置性能指标和监控

底层架构:

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核心组件:

• HTTPServer: HTTP 服务器，支持 HTTP/1.1 和 HTTP/2
• RequestHandler: 请求处理器，处理 HTTP 请求生命周期
• RequestHandlerFactory: 处理器工厂，创建请求处理器
• ResponseBuilder: 响应构建器，构建 HTTP 响应
• HTTP/2 特性: 流复用、服务器推送、头部压缩

9. Mongoose - 嵌入式 Web 服务器

特点:

• 轻量级: 单文件实现，易于集成
• 嵌入式友好: 适合资源受限的环境
• 多协议支持: HTTP、WebSocket、MQTT、CoAP
• 跨平台: 支持嵌入式系统、桌面、服务器
• 零依赖: 不依赖外部库
• 事件驱动: 基于事件的异步处理
• 内置功能: 文件服务、CGI、SSI 支持

底层架构:

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核心组件:

• mg_mgr: 连接管理器，管理所有网络连接
• mg_connection: 连接对象，封装单个网络连接
• mg_http_listen: HTTP 监听，启动 HTTP 服务
• mg_http_reply: HTTP 响应，发送 HTTP 回复
• 多协议: HTTP、WebSocket、MQTT、CoAP 统一接口

参考

• libevent 官方文档
• libev 官方文档
• libuv 官方文档
• Boost.Asio 文档
• ACE 官方网站
• Seastar 官方文档
• Wangle GitHub
• Proxygen GitHub
• Mongoose 官方文档
• https://docs.seastar.io/master/tutorial.html
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/30738569
• https://blog.csdn.net/Rong_Toa/article/details/108193340
• https://www.cnblogs.com/ahfuzhang/p/15824213.html《Memory Barriers: a Hardware View for Software Hackers》