news 2026/5/1 10:05:20

C++集群聊天服务器（4）——网络模块与业务模块

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张小明

前端开发工程师

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C++集群聊天服务器（4）——网络模块与业务模块

前言

首先我对之前的目录做了一些优化，按照标准开源代码的形式（这个我在C++集群聊天服务器（2）中讲解过）进行了改善：

接下来开始讲解这些文件中的代码以及他们之间的联系。

一、按模块分开来讲解

这次主要实现了这六个文件的代码：

chatserver.h + chatserver.cpp → 网络模块（负责底层网络 IO）
chatservice.h + chatservice.cpp → 业务模块（负责具体聊天业务逻辑）
public.h → 公共协议文件（server 和 client 共享的消息类型定义）
main.cpp → 程序入口（启动服务器）

核心思想：网络模块只管“收发数据”，业务模块只管“处理数据”，通过 JSON + msgid 分发机制 实现完全解耦。

接下来也会以这六个文件进行重点讲解。

1.public.h——消息协议公共约定

这个文件的作用主要是：

  • 定义了客户端和服务端通信的消息类型枚举（EnMsgType）。
  • 当前只有两种：LOGIN_MSG = 1（登录）、REG_MSG = 2（注册）。
  • 这是一个server 和 client 共用的头文件，确保双方对消息 ID 的理解一致。
  • 实际项目中会扩展更多类型（如一对一聊天、群聊、添加好友等）。

那我们为什么需要设计这个公共文件：
它是整个消息系统的“协议规范”，客户端发送 JSON 时必须带 “msgid” 字段，服务端据此识别业务类型。

public.h的代码非常简洁：

#ifndefPUBLIC_H#definePUBLIC_H/* server和client的公共文件 */enumEnMsgType{LOGIN_MSG=1,//登录消息REG_MSG//注册消息};#endif

2. chatserver.h + chatserver.cpp —— 网络模块

我们先分别来看看这两个文件的作用：

1.chatServer.h的作用：

  • 声明聊天服务器主类。
  • 成员：muduo 的 TcpServer 和 EventLoop*；
  • 接口：构造函数、start()；
  • 回调：onConnection（连接建立/断开）、onMessage（收到消息）。

2.chatserver.cpp的作用：

  • 实现构造函数：绑定 muduo 的连接/消息回调，设置 IO 线程数；
  • start()：启动 TcpServer 开始监听；
  • onConnection：当前只处理客户端断开（调用 shutdown）；
  • onMessage：网络模块的核心逻辑：
    1.从 Buffer 取出原始字符串。
    2.用 nlohmann::json 解析成 JSON 对象。
    3.取出 js[“msgid”]，调用 ChatService::instance()->getHandler(msgid) 获取业务处理器。
    4.执行处理器：msgHandler(conn, js, time)。

他们只负责底层 TCP 连接管理、IO 事件处理、数据初步解析（转 JSON）；不关心业务，代码里没有任何 login/reg 等业务词语。

ChatServer.h代码：

#ifndefCHATSERVER_H#defineCHATSERVER_H#include<muduo/net/TcpServer.h>#include<muduo/net/EventLoop.h>usingnamespacemuduo;usingnamespacemuduo::net;//聊天服务器的主类classChatServer{public://初始聊天服务器对象ChatServer(EventLoop*loop,constInetAddress&listenAddr,conststring&nameArg);//启动服务voidstart();private://上报链接相关信息的回调函数voidonConnection(constTcpConnectionPtr&);//上报读写事件相关信息的回调函数voidonMessage(constTcpConnectionPtr&,Buffer*,Timestamp);TcpServer _server;//组合的muduo库，实现服务器功能的类对象EventLoop*_loop;//指向事件循环对象的指针};#endif

chatserver.cpp代码：

#include"chatserver.hpp"#include"json.hpp"#include"chatservice.hpp"#include<functional>#include<string>usingnamespacestd;usingnamespaceplaceholders;usingjson=nlohmann::json;ChatServer::ChatServer(EventLoop*loop,constInetAddress&listenAddr,conststring&nameArg):_server(loop,listenAddr,nameArg),_loop(loop){//注册连接回调_server.setConnectionCallback(std::bind(&ChatServer::onConnection,this,_1));//注册消息回调_server.setMessageCallback(std::bind(&ChatServer::onMessage,this,_1,_2,_3));//设置线程数量_server.setThreadNum(4);}//启动服务voidChatServer::start(){_server.start();}//上报链接相关信息的回调函数voidChatServer::onConnection(constTcpConnectionPtr&conn){//客户端断开连接if(!conn->connected()){conn->shutdown();}}//上报读写事件相关信息的回调函数voidChatServer::onMessage(constTcpConnectionPtr&conn,Buffer*buffer,Timestamp time){string buf=buffer->retrieveAllAsString();//数据的反序列化json js=json::parse(buf);//达到的目的：完全解耦网络模块的代码和业务模块的代码//通过js["msgid"]获取->业务handler->conn js timeautomsgHandler=ChatService::instance()->getHandler(js["msgid"].get<int>());//回调消息绑定好的事件处理器，来执行相应的业务处理msgHandler(conn,js,time);}

3. chatservice.h + chatservice.cpp——业务模块

我们仍然先分析内部函数的作用：

1.chatservice.h的作用：

  • 声明业务主类（单例模式）。
  • 定义 MsgHandler 类型：统一的业务回调函数签名。
  • 接口：instance() 获取单例、getHandler(int msgid) 获取处理器。
  • 示例业务：login()、reg()。
  • 成员：_msgHandlerMap（msgid → 处理函数 的 map）。

2.chatservice.cpp的作用：

  • 单例实现（静态局部变量，线程安全）。
  • 构造函数：注册业务处理器（用 std::bind 绑定 login/reg）。
  • getHandler：根据 msgid 返回对应函数；若不存在，返回空操作并打错误日志。
  • login/reg：当前只是占位（打印日志），实际项目中会查数据库、验证密码、维护用户状态等。

这两个文件只负责具体业务逻辑；通过 map 实现消息分发：msgid → 具体处理函数；所有连接共享同一个单例实例，便于管理全局状态（用户表、在线列表等）。

chatservice.h的代码：

#ifndefCHATSERVICE_H#defineCHATSERVICE_H#include<muduo/net/TcpConnection.h>#include<unordered_map>#include<functional>#include<json.hpp>usingnamespacestd;usingnamespacemuduo;usingnamespacemuduo::net;usingjson=nlohmann::json;//表示处理消息的事件回调方法类型usingMsgHandler=std::function<void(constTcpConnectionPtr&conn,json&js,Timestamp)>;//聊天服务器业务类classChatService{public://获取单例对象的接口函数staticChatService*instance();//处理登录业务voidlogin(constTcpConnectionPtr&conn,json&js,Timestamp time);//处理注册业务voidreg(constTcpConnectionPtr&conn,json&js,Timestamp time);//获取消息对应的处理器MsgHandlergetHandler(intmsgid);private:ChatService();//存储消息id和其对应的业务处理方法unordered_map<int,MsgHandler>_msgHandlerMap;};#endif

chatservice.cpp的代码：

#include"chatservice.hpp"#include"public.hpp"#include<muduo/base/Logging.h>usingnamespacemuduo;ChatService*ChatService::instance(){staticChatService service;return&service;}//注册消息以及对应的Handler回调操作ChatService::ChatService(){_msgHandlerMap.insert({LOGIN_MSG,std::bind(&ChatService::login,this,_1,_2,_3)});_msgHandlerMap.insert({REG_MSG,std::bind(&ChatService::reg,this,_1,_2,_3)});}//获取消息对应的处理器MsgHandlerChatService::getHandler(intmsgid){//记录错误日志，msgid没有对应的事件处理回调autoit=_msgHandlerMap.find(msgid);if(it==_msgHandlerMap.end()){//返回一个默认的处理器，空操作return[=](constTcpConnectionPtr&conn,json&js,Timestamp){LOG_ERROR<<"msgid:"<<msgid<<"can not find handler!";};}else{return_msgHandlerMap[msgid];}}//处理登录业务voidChatService::login(constTcpConnectionPtr&conn,json&js,Timestamp time){LOG_INFO<<"do login service!!!";}//处理注册业务voidChatService::reg(constTcpConnectionPtr&conn,json&js,Timestamp time){LOG_INFO<<"do reg service!!!";}

4. main.cpp——程序入口

main.cpp的作用：

  • 创建 EventLoop（muduo 事件循环）；
  • 设置监听地址（127.0.0.1:6000）；
  • 实例化 ChatServer 并启动；
  • 调用 loop.loop() 进入无限事件循环，处理所有 IO。

这是典型 muduo 启动模板，非常的简洁。

main.cpp的代码：

#include"chatserver.hpp"#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){EventLoop loop;InetAddressaddr("127.0.0.1",6000);ChatServerserver(&loop,addr,"ChatServer");server.start();loop.loop();return0;}

二、整体联系

这些文件之间到底是如何来协作的呢？
以下是一个完整的消息处理流程：

  1. 启动流程（main.cpp → chatserver → muduo）：
    main 创建 EventLoop 和 ChatServer；
    ChatServer 构造函数注册 onConnection/onMessage 回调；
    start() + loop.loop() 开始监听和事件处理。

  2. 连接建立：
    客户端连接 → muduo 调用 onConnection（网络模块处理上线/下线）。

  3. 消息处理链路（核心解耦点）：
    客户端发送 JSON（如 {“msgid”:1, “id”:1001, “password”:“123456”}）；
    然后muduo 收到数据 → 调用 ChatServer::onMessage（网络模块）；
    网络模块:先解析 JSON，再通过 msgid 从ChatService单例获取 handler（调用 getHandler）；
    再执行 handler → 进入业务模块（如 login）；
    业务模块处理后，最后通过 conn->send(…) 发送响应 JSON 给客户端；

关键桥梁：public.h 的 msgid（协议约定）；ChatService 的 handler map（分发机制）；TcpConnectionPtr（muduo 提供的连接对象，用于发送响应）。

这里运用单例模式的作用是所有连接的业务处理都通过同一个 ChatService 实例，便于共享状态。

数据流向图解：

客户端 → TCP → muduo → ChatServer::onMessage → JSON解析 → ChatService::getHandler → 业务函数(login/reg) → conn->send(响应) → 客户端

三、这种实现的好处

  1. 完全解耦（最大优点）：
    网络模块和业务模块零耦合：改业务不需要动网络代码，反之亦然；
    网络代码简洁，只关心 IO；业务代码专注逻辑。

  2. 高可维护性和可扩展性：
    加新业务（如群聊）只需三步：public.h 加新 msgid；ChatService 构造函数注册新 handler；实现新业务函数。
    网络模块一行不用改！

  3. 适合集群扩展：
    当前是单机，但设计已为集群铺路：
    ChatService 单例便于注入 Redis（分布式存储用户状态、消息路由）；
    连接无状态：所有用户状态集中在业务层（后续放 Redis），多台服务器可共享；
    支持负载均衡（Nginx 或其他）+ Redis Pub/Sub 实现消息跨服务器广播。

  4. 高性能：
    muduo 是高性能 reactor 库，支持多线程 IO；
    JSON 解析轻量，handler map 查询 O(1)。

  5. 健壮性好：
    msgid 不存在时有默认空处理 + 日志；
    以及单例线程安全。

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