curl_multi异步高并发服务实现

2023-11-27 16:00:21

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https://www.cnblogs.com/bclshuai/p/11380657.html

curl_multi 异步高并发服务实现

1 介绍... 1

2 curl_multi异步实现... 1

2.1 curl_multi_poll方式实现异步curl 2

2.1.1 函数调用步骤... 2

2.1.2 实现方案... 2

2.1.3 遇到的问题... 3

2.1.4 curl_multi_poll异步服务封装类实例... 3

2.2 multi_socket实现异步curl 4

1 介绍

https://curl.se/libcurl/c/libcurl-multi.html

libcurl-easy方式是阻塞执行请求，当请求数量过大，或者需要高并发请求时，同步阻塞模式就会显示出性能瓶颈，执行效率低，延时严重，CPU占用率高，程序阻塞卡顿。所以采用异步方式，可以实现高并发请求的应用场景，异步可以在单线程中同时执行多个请求，等待curl文件标志或者自定义文件标志发生变化时，处理请求结果，支持在几千个平行连接上请求数据，基于事件处理结果。

2 curl_multi异步实现

异步请求有两种方式，同步多线程调用会出现CPU占用率过高的情况，导致界面卡死。

有两种方式

（1）老方式select来判断请求返回结果

（2） multi_socket。

2.1 curl_multi_poll方式实现异步curl

2.1.1 函数调用步骤

（1） curl_multi_init初始化一个multi handle

（2） curl_easy_init 初始化一个easy handle

（3） curl_easy_setopt 给easyhandle设置各种参数

（4） curl_multi_add_handle添加到multihandle

（5） curl_multi_perform异步执行请求，每次执行返回对列中正在运行的数量，为0时，表示执行结束，结束并不意味着所有的请求都成功了，也可能执行失败了。所以需要循环执行该函数。为了减少循环执行的CPU占用率，可以使用curl_multi_poll函数或者curl_multi_fdset配合select函数来判断是否有结果返回，通知读取数据，减少CPU占用。curl_multi_timeout可以为select提供一个合适的超时时间。

（6） curl_multi_info_read 读取返回结果消息队列中的消息，重复调用，直到消息队列为空。返回数据中有个easy handle 用来标识是哪个请求。

（7） curl_multi_remove_handle 将执行结束的easyhandle从multihandle中移除，表示multihandle不再管理此easyhand，可以销毁释放，也可以修改请求连接url和参数，重新加入，复用连接。

（8） curl_easy_cleanup 执行结束后，先清除easy handle

（9） curl_multi_cleanup 执行这个函数，清除multi handle

2.1.2 实现方案

（1）实现一个服务，程序调用服务的添加任务接口addTask不断的加入任务。

（2）创建一个线程1不断的从任务队列中取出任务，分配easy handle，给easy_hand设置url等参数。然后添加到multihandle上，去执行请求；并将easyhand和任务之间用map保存起来，表示正在进行的任务；

（3）创建线程2不断的select或者curl_multi_poll或者curl_multi_wait或者查看multihandle的状态，看是否有数据返回，有数据返回则读取数据。curl_multi_poll和curl_multi_wait比select更好，可以解决连接上限为1024个的问题。curl_multi_poll和curl_multi_wait区别有两个，一个是curl_multi_poll在被等待的时间内，可以调用curl_multi_wakeup激活，curl_multi_poll会加速返回。而curl_multi_wait无法被激活，只能等到有事件触发，或者超时返回。另外一个区别是如果没有文件描述符可以等待，curl_multi_wait会立刻返回，而curl_multi_poll一定要等到超时时间才能返回。

（4）读取数据会返回easyhand，用easyhand去map中查找对应的任务；然后根据不同的任务属性去处理数据，调用回调函数，将数据返回给程序。

2.1.3 遇到的问题

（1）出现崩溃，可能是多线程调用libcurl接口的原因；

（2） curl_multi_add_handle添加easyhand返回失败，errocode：8，CURLM_RECURSIVE_API_CALL，错误原因是从回调内部调用API函数。没有找到解决办法，可能和多线程调用有关。设置超时时间curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_TIMEOUT, 30); 超时设置为0时会出现崩溃，设置成0表示不超时；并且设置不发出信号，curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_NOSIGNAL, 1L);解决问题。

（3）当使用的easyhand太多时，200个，会出现错误码CURLE_COULDNT_CONNECT ，7的错误，意识无法连接（）到主机或代理。connect refused。连接数量太多，需要创建太多socket连接，而服务器端创建的连接数量有限，导致失败。

（4）一次向multihand添加1000条任务，curl_multi_perform执行返回任务从1000降到0后，并不是所有分任务都执行完了，读取的数据也就600条左右，需要多次调用curl_multi_info_read去读取数据。

2.1.4 curl_multi_poll异步服务封装类实例

本代码实例采用curl_multi_poll实现异步消息的等待，比select性能更加，去除了select上限1024的束缚。把异步请求调用过程封装成一个服务形式，所有的异步请求都可以发给服务去执行，然后通过回调函数返回结果。其中easyhand做成一个连接池的形式，可以重复使用，并且可以复用连接，提高了请求性能。代码实例中运用到了C++11新特性的内容，包括智能指针、std::thread、std::move等。

（1） 封装类头文件

#pragma once

#include"curl.h"
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include"BaseDefine.h"


class CurlSelectMulti
{
public:
    CurlSelectMulti();
    ~CurlSelectMulti();
    //全局初始化
    static void GlobalInit();
    //全局反初始化
    void GlobleFint();
    //初始化
    int init();
    //反初始化
    void finit();
    //添加任务到队列
    void addTask(shared_ptr<Task>& task);
    
private:
    //处理任务，循环从对列中获取数据，添加到muitihand
    void dealTask();
    //检查是否有任务完成
    void handTaskResult();
    //读取已完成的任务进行解析
    void readTaskResult();
    //从easyhand队列中获取easyhand，没有则新建一个
    CURL* GetCurl();
    //新建一个easyhand
    CURL* CreateCurl();
    //将使用完的easyhand放入队列
    void PutCurl(CURL* curl);
    //将任务添加到mulitihand，执行任务
    void addTaskToMultiRequest(list<shared_ptr<Task>>& listTask);
    //给easyhand设置参数
    int setTaskParameter(CURL* easyhand, shared_ptr<Task>& task);
    bool m_bDebug=false;
    CURL* m_pMultiHand=nullptr;//多操作句柄
    list<shared_ptr<Task>> m_listTask;//任务列表
    mutex m_taskMutex;//任务列表的锁
    mutex m_easyHandMutex;//easyhand队列的锁
    list<CURL*>m_listEasyHand;// easyhand队列
    bool m_bRunning = true;//线程控制函数
    thread m_taskAddThread;//投递任务的的线程
    thread m_taskHandThread;//判断任务状态， 处理任务的线程
    condition_variable m_conVarTask;
    map<CURL*, std::shared_ptr<Task>> m_mapRuningTask;//正在执行的任务
    mutex m_runningTaskMutex;
    mutex m_curlApiMutex;//多线程调用curl的接口时会出现崩溃，这里加个锁
    int m_curlnum = 0;//
    int m_successnum=0;
    int m_failednum = 0;
    int m_addmultFailed;
};

（2） 封装类源文件

#include "stdafx.h"
#include "CurlSelectMulti.h"

static int OnDebug(CURL *, curl_infotype itype, char * pData, size_t size, void *)
{
    if (itype == CURLINFO_TEXT)
    {
        //printf("[TEXT]%s\n", pData);
    }
    else if (itype == CURLINFO_HEADER_IN)
    {
        printf("[HEADER_IN]%s\n", pData);
    }
    else if (itype == CURLINFO_HEADER_OUT)
    {
        printf("[HEADER_OUT]%s\n", pData);
    }
    else if (itype == CURLINFO_DATA_IN)
    {
        printf("[DATA_IN]%s\n", pData);
    }
    else if (itype == CURLINFO_DATA_OUT)
    {
        printf("[DATA_OUT]%s\n", pData);
    }
    return 0;
}

static size_t OnWriteData(void* buffer, size_t size, size_t nmemb, void* lpVoid)
{
    std::string* str = dynamic_cast<std::string*>((std::string *)lpVoid);
    if (NULL == str || NULL == buffer)
    {
        return -1;
    }

    char* pData = (char*)buffer;
    str->append(pData, size * nmemb);
    return nmemb;
}

CurlSelectMulti::CurlSelectMulti()
{

}


CurlSelectMulti::~CurlSelectMulti()
{
    finit();
}

void CurlSelectMulti::GlobalInit()
{
    curl_global_init(CURL_GLOBAL_ALL);
}
void CurlSelectMulti::GlobleFint()
{
    curl_global_cleanup();
}

int CurlSelectMulti::init()
{    //创建一个multi句柄
    m_pMultiHand = curl_multi_init();
    if (m_pMultiHand == nullptr)
    {
        return false;
    }
    m_bRunning = true;
    m_taskAddThread=std::move(thread(std::bind(&CurlSelectMulti::dealTask, this)));
    m_taskHandThread = std::move(thread(std::bind(&CurlSelectMulti::handTaskResult,this)));
    //m_taskAddThread.join();
    //m_taskHandThread.join();
    return true;
}

void CurlSelectMulti::finit()
{
    //让线程自动退出
    m_bRunning = false;
    //通知不在等待
    m_conVarTask.notify_all();
    //清除所有的easycurl
    while (m_listEasyHand.size()>0)
    {
        auto it = move(m_listEasyHand.front());
        curl_multi_remove_handle(m_pMultiHand,it);
        curl_easy_cleanup(it);
        m_listEasyHand.pop_front();
    }
    //清除multihand
    if (m_pMultiHand != nullptr)
    {
        curl_multi_cleanup(m_pMultiHand);
        m_pMultiHand = nullptr;
    }

}

void CurlSelectMulti::addTask(shared_ptr<Task>& task)
{
    if (m_listTask.size() > 5000)
    {
        //printf("task is full size %d ,abord task %d", m_listTask.size(),task->taskid);
        return;
    }
    unique_lock<mutex> lk(m_taskMutex);
    m_listTask.push_back(task);
    //m_conVarTask.notify_one();//通知有任务添加
    lk.unlock();
}

CURL* CurlSelectMulti::GetCurl()
{
    CURL* curl = NULL;
    m_easyHandMutex.lock();
    if (m_listEasyHand.size()>0)
    {

        curl = m_listEasyHand.front();
        m_listEasyHand.pop_front();

    }
    m_easyHandMutex.unlock();
    if (curl == NULL)
    {
        curl = CreateCurl();
    }
    return curl;
}

CURL* CurlSelectMulti::CreateCurl()
{
    
    if (m_curlnum >100)//数量太多会出现连接失败的error
    {
        return NULL;
    }
    m_curlnum++;
    printf("curl num %d", m_curlnum);
    CURL* curl = curl_easy_init();
    if (NULL == curl)
    {
        return NULL;
    }
    if (m_bDebug)
    {
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_VERBOSE, 1);
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_DEBUGFUNCTION, OnDebug);
    }
    //curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, strUrl.c_str());
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_READFUNCTION, NULL);
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, OnWriteData);
    //curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, (void *)&strResponse);
    /* enable TCP keep-alive for this transfer */
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_TCP_KEEPALIVE, 1L);
    /* keep-alive idle time to 120 seconds */
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_TCP_KEEPIDLE, 300L);
    /* interval time between keep-alive probes: 60 seconds */
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_TCP_KEEPINTVL, 200L);
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_TIMEOUT, 100);
    //支持重定向
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_FOLLOWLOCATION, 1);
    //保持会话，不用反复创建连接，据说可以提高效率
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_COOKIESESSION, 1);
    //设置共享dns cache功能，据说能提高性能
    curl_share_setopt(curl, CURLSHOPT_SHARE, CURL_LOCK_DATA_DNS);
    //不验证主机名称
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_SSL_VERIFYHOST, 0);
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0);
    //不验证对端的证书
    //curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_CAINFO, c->msg._caPath.c_str());
    /**
    * 当多个线程都使用超时处理的时候，同时主线程中有sleep或是wait等操作。
    * 如果不设置这个选项，libcurl将会发信号打断这个wait从而导致程序退出。
    */
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_NOSIGNAL, 1L);
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_CONNECTTIMEOUT, 100);
    return curl;
}

void CurlSelectMulti::PutCurl(CURL* curl)
{

    m_easyHandMutex.lock();
    m_listEasyHand.push_back(curl);
    m_easyHandMutex.unlock();
    //m_conVarEasyHand.notify_all();
}

void CurlSelectMulti::dealTask()
{
    while (m_bRunning)
    {
        unique_lock<mutex> lk(m_taskMutex);
        //m_conVarTask.wait(lk);//等待任务添加
        if (m_listTask.size() > 0)
        {
            list<shared_ptr<Task>> listTask;
            listTask.swap(m_listTask);
            lk.unlock();
            addTaskToMultiRequest(listTask);
        }
        else
        {
            lk.unlock();
            Sleep(20);
        }
        
        
        
    }
}

void CurlSelectMulti::handTaskResult()
{
    CURLMcode mc = CURLM_OK; 
    int still_running = 0;
    int ret = 0;
    while (m_bRunning)
    {
        m_curlApiMutex.lock();
        //执行请求，并返回正在执行的请求数量
        mc = curl_multi_perform(m_pMultiHand, &still_running);
        //printf("still running num%d,%d\n", still_running, mc);
        m_curlApiMutex.unlock();
        //等待有任务完成的通知，有结果时立刻返回，没有结果时1000ms后等待结束返回,ret返回完成的任务数量
        mc = curl_multi_poll(m_pMultiHand, NULL, 0, 1000, &ret);
        if (mc == CURLM_OK)//有任务
        {
            readTaskResult();
        }
        else
        {
            printf("curl_multi_poll error %d", mc);
        }
        //if (still_running>0)//有正在执行的请求任务
        //{
        //    while (still_running>0)
        //    {
        //        
        //        //再次执行curl_multi_perform，更新still_running
        //        mc = curl_multi_perform(m_pMultiHand, &still_running);
        //        //printf("still running num%d\n", still_running);
        //    }
        //    printf("task finish\n");
        //}
        //else//没有任务，则等一会，避免一直循环，cpu占用过高
        //{
        //    Sleep(100);
        //}
        
    }
}

void CurlSelectMulti::readTaskResult()
{
    CURLMsg* m = NULL;
    do {
        int msgq = 0;
        m_curlApiMutex.lock();
        m = curl_multi_info_read(m_pMultiHand, &msgq);
        m_curlApiMutex.unlock();
        if (m && (m->msg == CURLMSG_DONE))
        {
            CURL *e = m->easy_handle;
            // 数据处理
            auto it = m_mapRuningTask.find(e);
            if (it != m_mapRuningTask.end())
            {
                if (m->data.result != 0)
                {
                    m_failednum++;
                    printf("request error %d,failednum%d,taskid%d,%s\n", m->data.result, m_failednum, m_mapRuningTask[e]->taskid, m_mapRuningTask[e]->strUrl.c_str());
                }
                else
                {
                    m_successnum++;
                    printf("request success successnum%d,id %d,    \n ",  m_successnum, m_mapRuningTask[e]->taskid);//, , m_mapRuningTask[e]->strResponse.c_str()
                }
                //移除easyhand
                m_curlApiMutex.lock();
                curl_multi_remove_handle(m_pMultiHand, e);
                m_curlApiMutex.unlock();
                
                //从map中移除
                m_runningTaskMutex.lock();
                if (it->second->headers != nullptr)//清除数据
                {
                    curl_slist_free_all(it->second->headers);
                }    
                m_mapRuningTask.erase(it);
                m_runningTaskMutex.unlock();
                //放回对列中重复使用
                PutCurl(e);
                
            }
            else {
                //移除easyhand
                m_curlApiMutex.lock();
                curl_multi_remove_handle(m_pMultiHand, e);
                m_curlApiMutex.unlock();
                printf( "find map key failed" );
                PutCurl(e);
            }
        }
    } while (m);
}

void CurlSelectMulti::addTaskToMultiRequest(list<shared_ptr<Task>>& listTask)
{
    while (listTask.empty()==false)
    {
        auto item = listTask.front();
        CURL* easyhand = GetCurl();//获取easyhand
        if (easyhand == NULL)
        {
            //unique_lock<mutex> lk(m_easyHandMutex);
            //m_conVarEasyHand.wait(lk);//等待有easyhand被放入
            Sleep(1);
            continue;
        }
        //根据任务设置参数，设置url，timeout等参数到easyhand
        //使用智能指针，指向在堆上创建的对象
        /*shared_ptr<Task> task(new Task());
        *task = item;*/
        if (setTaskParameter(easyhand, item) != 0)
        {
            Sleep(2);
            PutCurl(easyhand);
            continue;
        }
        //将设置好参数的easyhand添加到multihand    
        m_curlApiMutex.lock();
        CURLMcode code = curl_multi_add_handle(m_pMultiHand, easyhand);//当任务数量太大时出现添加失败错误码8，有时还崩溃。
        m_curlApiMutex.unlock();
        if (code!= CURLM_OK)
        {
            m_addmultFailed++;
            string strerror= curl_multi_strerror(code);
            printf("curl_multi_add_handle failed%d,%s\n", m_addmultFailed,  strerror.c_str());
            PutCurl(easyhand);//
            continue;
        }
        //加入成功后将easyhand和task加入map，便于返回结果时通过easyhand去查找任务
        m_runningTaskMutex.lock();
        m_mapRuningTask.insert({ easyhand, item });
        printf("running task size:%d\n", m_mapRuningTask.size());
        m_runningTaskMutex.unlock();
        listTask.pop_front();    
    }
}

int CurlSelectMulti::setTaskParameter(CURL* easyhand, shared_ptr<Task>& task)
{
    CURLcode code = CURLE_OK;
    do 
    {
        if (task->iType == HttpType::HTTP_POST || task->iType == HttpType::HTTPS_POST)
        {
            code = curl_easy_setopt(easyhand, CURLOPT_POST, 1);  //post方法    
            if (code!= CURLE_OK)
            {
                printf("curl_easy_setopt error %d", code);
                break;
            }
            code = curl_easy_setopt(easyhand, CURLOPT_POSTFIELDSIZE, task->strPostContent.size());
            if (code != CURLE_OK)
            {
                printf("curl_easy_setopt error %d", code);
                break;
            }
            code = curl_easy_setopt(easyhand, CURLOPT_POSTFIELDS, task->strPostContent.data());
            if (code != CURLE_OK)
            {
                printf("curl_easy_setopt error %d", code);
                break;
            }
        }
        //设置url
        code = curl_easy_setopt(easyhand, CURLOPT_URL, task->strUrl.c_str());
        if (code != CURLE_OK)
        {
            printf("curl_easy_setopt error %d", code);
            break;
        }
        code = curl_easy_setopt(easyhand, CURLOPT_WRITEDATA, (void *)&(task->strResponse));
        if (code != CURLE_OK)
        {
            printf("curl_easy_setopt error %d", code);
            break;
        }
        
        //设置协议头
        if (task->headers != nullptr)
        {
            code=curl_easy_setopt(easyhand, CURLOPT_HTTPHEADER, task->headers);
            if (code != CURLE_OK)
            {
                printf("curl_easy_setopt error %d", code);
                break;
            }
        }    
    } while (0);
    
    if (code!=CURLE_OK)//清除掉无效的easyhand
    {
        printf("setTaskParameter error");
        PutCurl(easyhand);
        return -1;
    }
    return 0;
}

（3） 服务封装类使用实例

// CurlMultiServer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <thread>
#include "CurlSelectMulti.h"
#include "CurlSocketMulti.h"

using namespace std;

int main()
{
    CurlSelectMulti m_multServer;
    m_multServer.GlobalInit();
    m_multServer.init();
    
    
    int taskid=0;
    int time = 0;
    //while (true)
    {
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            shared_ptr<Task> task = std::make_shared<Task>();
            task->iType = HttpType::HTTPS_GET;
            task->strUrl = "";
            taskid++;
            task->taskid = taskid;
            m_multServer.addTask(task);     
        }
        //Sleep(1000);
        //printf("using time %ds,task num %d",(time++) * 1, time * 100);
    }
    getchar();
    return 0;
}

（4） 性能测试

在如下电脑配置条件下，请求了某个http请求1万次，所用时间14秒，平均一次1.4毫秒。每秒714次请求调用。

另外还有multi_socket和事件libevent结合的方式，且听下回分解。

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