基于boost asio实现的支持ssl的通用socket框架
2017-07-06 19:56
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情景分析
现已存在一个可用稳定的异步客户端类http_client_base，该类基于boost asio实现了连接服务器，发送请求，获取响应和解析http数据等操作，该类的大致实现框架如下
1
class http_client_base
2
{
3
public:
4
http_client_base(boost::asio::io_service& io_service)
5
:resolver_(io_service),socket_(io_service)
6
{
7
}
8
9
void async_connect(const std::string& address,const std::string& port)
10
{
11
boost::asio::ip::tcp::resolver::query query(address, port);
12
resolver_.async_resolve(query,boost::bind(&http_client::handle_resolve, this,
13
asio::placeholders::error,asio::placeholders::iterator));
14
}
15
16
void async_write(const void* data,size_t size,bool in_place=false)
17
{
18
if(!in_place){
19
//do something
20
asio::async_write(socket_,request_,
21
boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
22
}else
23
asio::async_write(socket_,asio::buffer(data,size),
24
boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
25
}
26
27
void async_write_some(const void* data,size_t size,bool in_place=false)
28
{
29
if(!in_place){
30
//do something
31
boost::asio::async_write(socket_,request_,
32
boost::bind(&http_client::handle_write_some,this,boost::asio::placeholders::error));
33
}else
34
boost::asio::async_write(socket_,boost::asio::buffer(data,size),
35
boost::bind(&http_client::handle_write_some,this,boost::asio::placeholders::error));
36
}
37
38
private:
39
void handle_resolve(const boost::system::error_code& e,boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator endpoint_iterator)
40
{
41
if (!e)
42
boost::asio::async_connect(socket_, endpoint_iterator,
43
boost::bind(&http_client::handle_connect,this,boost::asio::placeholders::error));
44
else
45
onIoError(e);
46
}
47
48
void handle_connect(const boost::system::error_code& e)
49
{
50
if(!e)
51
onConnect();
52
else
53
onIoError(e);
54
}
55
56
void handle_write_some(const boost::system::error_code& e)
57
{
58
if(!e)
59
onWriteSome();
60
else
61
onIoError(e);
62
}
63
64
void handle_write(const boost::system::error_code& e)
65
{
66
if(!e)
67
boost::asio::async_read_until(socket_, response_,"\r\n\r\n",
68
boost::bind(&http_client::handle_read_header,this,
69
boost::asio::placeholders::error,boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
70
else
71
onIoError(e);
72
}
73
74
void handle_read_header(const boost::system::error_code& e,size_t bytes_transferred)
75
{
76
if(!e){
77
//do something
78
boost::asio::async_read(socket_,response_,asio::transfer_at_least(1),
79
boost::bind(&http_client::handle_read_content,this,
80
boost::asio::placeholders::error,boost::asio::placeholders::bytes_transferred);
81
}else
82
onIoError(e);
83
}
84
85
void handle_read_content(const boost::system::error_code& e,size_t bytes_transferred)
86
{
87
if(!e){
88
//do something
89
boost::asio::async_read(socket_,response_,asio::transfer_at_least(1),
90
boost::bind(&http_client::handle_read_content,this,
91
boost::asio::placeholders::error,boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
92
}else
93
onIoError(e);
94
}
95
96
protected:
97
virtual void onConnect(){}
98
virtual void onWriteSome(){}
99
virtual void onIoError(const boost::system::error_code& e){}
100
101
private:
102
boost::asio::ip::tcp::socket socket_;
103
boost::asio::ip::tcp::resolver resolver_;
104
boost::asio::streambuf request_;
105
boost::asio::streambuf response_;
106
};
显而易见，http_client_base使用tcp::socket作为底层实现，所以数据是非ssl传输的。现因需求变更，为了数据安全要求使用ssl传输。但boost asio中的ssl::stream类接口和tcp::socket有所不同。其实在非ssl和ssl间，不同的只是读写数据的方法，而数据处理逻辑不变，因此为了重用http_client_base的机制框架和对http数据的解析，那么怎么使http_client_base不作大的改动就支持ssl呢？通过研究boost
asio源码发现，async_xxx系列自由函数内部要求读写流实现read_some、async_read_some、write_some和async_write_some4个短读写方法。由于tcp::socket已实现短读写而且ssl::stream是tcp::socket的上层，因此只要设计一个抽象的基类流，使之支持read_some、async_some_read、write_some和async_write_some即可，而实现使用dynamic_cast转到兄弟基类tcp::socket或ssl::stream，再调用它们对应的同名短读写方法；另外还需要给出获取最底层socket的接口，以支持async_connect和connect方法。因此针对这一设计实现，则要求派生类必须同时从抽象基类和其兄弟基类tcp::socket或ssl::stream继承。
框架实现
1
template<typename T>
2
class boost_socket_base
3
{
4
public:
5
typedef boost::asio::ssl::stream<T> ssl_socket_base_t;
6
typedef T socket_base_t;
7
8
protected:
9
boost_socket_base()
10
:tb_(boost::indeterminate)
11
{
12
}
13
14
public:
15
virtual ~boost_socket_base() {}
16
17
ssl_socket_base_t* get_ssl_socket()
18
{
19
if(tb_){
20
BOOST_ASSERT(ss_);
21
return ss_;
22
}else if(!tb_)
23
return NULL;
24
else{
25
if(ss_=dynamic_cast<ssl_socket_base_t*>(this))
26
tb_ = true;
27
return ss_;
28
}
29
}
30
31
socket_base_t* get_socket()
32
{
33
if(!tb_){
34
BOOST_ASSERT(s_);
35
return s_;
36
}else if(tb_)
37
return NULL;
38
else{
39
if(s_=dynamic_cast<socket_base_t*>(this))
40
tb_ = false;
41
return s_;
42
}
43
}
44
45
void reset()
46
{ tb_ = boost::indeterminate; }
47
48
typename T::lowest_layer_type& lowest_layer()
49
{
50
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
51
if(p)
52
return p->lowest_layer();
53
else
54
return get_socket()->lowest_layer();
55
}
56
57
template <typename MutableBufferSequence>
58
std::size_t read_some(const MutableBufferSequence& buffers)
59
{
60
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
61
if(p)
62
return p->read_some(buffers);
63
else
64
return get_socket()->read_some(buffers);
65
}
66
67
template <typename MutableBufferSequence>
68
std::size_t read_some(const MutableBufferSequence& buffers,boost::system::error_code& ec)
69
{
70
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
71
if(p)
72
return p->read_some(buffers,ec);
73
else
74
return get_socket()->read_some(buffers,ec);
75
}
76
77
template <typename MutableBufferSequence, typename ReadHandler>
78
void async_read_some(const MutableBufferSequence& buffers,BOOST_ASIO_MOVE_ARG(ReadHandler) handler)
79
{
80
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
81
if(p)
82
return p->async_read_some(buffers,handler);
83
else
84
return get_socket()->async_read_some(buffers,handler);
85
}
86
87
template <typename ConstBufferSequence>
88
std::size_t write_some(const ConstBufferSequence& buffers,boost::system::error_code& ec)
89
{
90
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
91
if(p)
92
return p->write_some(buffers,ec);
93
else
94
return get_socket()->write_some(buffers,ec);
95
}
96
97
template <typename ConstBufferSequence>
98
std::size_t write_some(const ConstBufferSequence& buffers)
99
{
100
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
101
if(p)
102
return p->write_some(buffers);
103
else
104
return get_socket()->write_some(buffers);
105
}
106
107
template <typename MutableBufferSequence, typename ReadHandler>
108
void async_write_some(const MutableBufferSequence& buffers,BOOST_ASIO_MOVE_ARG(ReadHandler) handler)
109
{
110
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
111
if(p)
112
return p->async_write_some(buffers,handler);
113
else
114
return get_socket()->async_write_some(buffers,handler);
115
}
116
117
private:
118
boost::tribool tb_;
119
union {
120
ssl_socket_base_t* ss_;
121
socket_base_t* s_;
122
};
123
};
考虑到dynamic_cast转换的性能开销，因此增加了三态逻辑变量tb_和union指针，tb_表示当前this实际指向的对象类型，初始化为indeterminate，true表示ssl socket对象，使用ss_；false表示普通socket对象，使用s_。这样一来，当且仅当tb_为indeterminate时才dynamic_cast。由于这点优化仅对基类指针操作有效，而对派生对象实无必要，所以tb_和union指针设为私有的；而且基类指针可以指向不同的子类对象，所以增加了reset方法重设tb_为indeterminate状态，保证行为的正确性。
应用改进
使用boost_socket_base框架后，只须5个地方稍作改动即可。
1）成员变量：由原来的boost::asio::ip::tcp改为boost_socket_base<boost_tcp_socket>*类型。
1
typedef boost::asio::ip::tcp::socket boost_tcp_socket;
2
boost_socket_base<boost_tcp_socket>* socket_;
2）构造函数：增加boost::asio::ssl::context*
ctx参数，默认为NULL，表示不使用ssl。
1
http_client_base(boost::asio::io_service& io_service,boost::asio::ssl::context* ctx=NULL)
2
:resolver_(io_service)
3
{
4
if(ctx)
5
socket_ = new boost_ssl_socket<boost_tcp_socket>(io_service,*ctx);
6
else
7
socket_ = new boost_socket<boost_tcp_socket>(io_service);
8
}
3）握手处理：与非ssl不同的是，在连接后需要进行握手，握手成功后才回调onConnect。
1
void handle_connect(const boost::system::error_code& e)
2
{
3
if(!e){
4
boost_socket_base<boost_tcp_socket>::ssl_socket_base_t* p = socket_->get_ssl_socket();
5
if(p)
6
p->async_handshake(boost::asio::ssl::stream_base::client,boost::bind(&http_client::handle_handshake,
7
this,boost::asio::placeholders::error));
8
else
9
onConnect();
10
}else
11
onIoError(e);
12
}
13
void handle_handshake(const boost::system::error_code& e)
14
{
15
if(!e)
16
onConnect();
17
else
18
onIoError(e);
19
}
4）异步连接：由于async_connect只接受boost::basic_socket类即最底层的socket作为参数，因此需要调用lowest_layer。
1
void handle_resolve(const boost::system::error_code& e,boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator endpoint_iterator)
2
{
3
if (!e)
4
boost::asio::async_connect(socket_->lowest_layer(), endpoint_iterator,boost::bind(&http_client::handle_connect,this,boost::asio::placeholders::error));
5
else
6
onIoError(e);
7
}
5）async_xxx调用：将参数socet_改为*socket_，例如下。
1
void async_write(const void* data,size_t size,bool in_place=false)
2
{
3
if(!in_place){
4
//do something
5
boost::asio::async_write(*socket_,request_,boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
6
}else
7
boost::asio::async_write(*socket_,asio::buffer(data,size),boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
8
}
9
void handle_write(const boost::system::error_code& e)
10
{
11
if(!e)
12
boost::asio::async_read_until(*socket_, response_, "\r\n\r\n",
13
boost::bind(&http_client::handle_read_header,this,boost::asio::placeholders::error,asio::placeholders::bytes_transferred));
14
else
15
onIoError(e);
16
}
现已存在一个可用稳定的异步客户端类http_client_base，该类基于boost asio实现了连接服务器，发送请求，获取响应和解析http数据等操作，该类的大致实现框架如下
1
class http_client_base
2
{
3
public:
4
http_client_base(boost::asio::io_service& io_service)
5
:resolver_(io_service),socket_(io_service)
6
{
7
}
8
9
void async_connect(const std::string& address,const std::string& port)
10
{
11
boost::asio::ip::tcp::resolver::query query(address, port);
12
resolver_.async_resolve(query,boost::bind(&http_client::handle_resolve, this,
13
asio::placeholders::error,asio::placeholders::iterator));
14
}
15
16
void async_write(const void* data,size_t size,bool in_place=false)
17
{
18
if(!in_place){
19
//do something
20
asio::async_write(socket_,request_,
21
boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
22
}else
23
asio::async_write(socket_,asio::buffer(data,size),
24
boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
25
}
26
27
void async_write_some(const void* data,size_t size,bool in_place=false)
28
{
29
if(!in_place){
30
//do something
31
boost::asio::async_write(socket_,request_,
32
boost::bind(&http_client::handle_write_some,this,boost::asio::placeholders::error));
33
}else
34
boost::asio::async_write(socket_,boost::asio::buffer(data,size),
35
boost::bind(&http_client::handle_write_some,this,boost::asio::placeholders::error));
36
}
37
38
private:
39
void handle_resolve(const boost::system::error_code& e,boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator endpoint_iterator)
40
{
41
if (!e)
42
boost::asio::async_connect(socket_, endpoint_iterator,
43
boost::bind(&http_client::handle_connect,this,boost::asio::placeholders::error));
44
else
45
onIoError(e);
46
}
47
48
void handle_connect(const boost::system::error_code& e)
49
{
50
if(!e)
51
onConnect();
52
else
53
onIoError(e);
54
}
55
56
void handle_write_some(const boost::system::error_code& e)
57
{
58
if(!e)
59
onWriteSome();
60
else
61
onIoError(e);
62
}
63
64
void handle_write(const boost::system::error_code& e)
65
{
66
if(!e)
67
boost::asio::async_read_until(socket_, response_,"\r\n\r\n",
68
boost::bind(&http_client::handle_read_header,this,
69
boost::asio::placeholders::error,boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
70
else
71
onIoError(e);
72
}
73
74
void handle_read_header(const boost::system::error_code& e,size_t bytes_transferred)
75
{
76
if(!e){
77
//do something
78
boost::asio::async_read(socket_,response_,asio::transfer_at_least(1),
79
boost::bind(&http_client::handle_read_content,this,
80
boost::asio::placeholders::error,boost::asio::placeholders::bytes_transferred);
81
}else
82
onIoError(e);
83
}
84
85
void handle_read_content(const boost::system::error_code& e,size_t bytes_transferred)
86
{
87
if(!e){
88
//do something
89
boost::asio::async_read(socket_,response_,asio::transfer_at_least(1),
90
boost::bind(&http_client::handle_read_content,this,
91
boost::asio::placeholders::error,boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
92
}else
93
onIoError(e);
94
}
95
96
protected:
97
virtual void onConnect(){}
98
virtual void onWriteSome(){}
99
virtual void onIoError(const boost::system::error_code& e){}
100
101
private:
102
boost::asio::ip::tcp::socket socket_;
103
boost::asio::ip::tcp::resolver resolver_;
104
boost::asio::streambuf request_;
105
boost::asio::streambuf response_;
106
};
显而易见，http_client_base使用tcp::socket作为底层实现，所以数据是非ssl传输的。现因需求变更，为了数据安全要求使用ssl传输。但boost asio中的ssl::stream类接口和tcp::socket有所不同。其实在非ssl和ssl间，不同的只是读写数据的方法，而数据处理逻辑不变，因此为了重用http_client_base的机制框架和对http数据的解析，那么怎么使http_client_base不作大的改动就支持ssl呢？通过研究boost
asio源码发现，async_xxx系列自由函数内部要求读写流实现read_some、async_read_some、write_some和async_write_some4个短读写方法。由于tcp::socket已实现短读写而且ssl::stream是tcp::socket的上层，因此只要设计一个抽象的基类流，使之支持read_some、async_some_read、write_some和async_write_some即可，而实现使用dynamic_cast转到兄弟基类tcp::socket或ssl::stream，再调用它们对应的同名短读写方法；另外还需要给出获取最底层socket的接口，以支持async_connect和connect方法。因此针对这一设计实现，则要求派生类必须同时从抽象基类和其兄弟基类tcp::socket或ssl::stream继承。
框架实现
1
template<typename T>
2
class boost_socket_base
3
{
4
public:
5
typedef boost::asio::ssl::stream<T> ssl_socket_base_t;
6
typedef T socket_base_t;
7
8
protected:
9
boost_socket_base()
10
:tb_(boost::indeterminate)
11
{
12
}
13
14
public:
15
virtual ~boost_socket_base() {}
16
17
ssl_socket_base_t* get_ssl_socket()
18
{
19
if(tb_){
20
BOOST_ASSERT(ss_);
21
return ss_;
22
}else if(!tb_)
23
return NULL;
24
else{
25
if(ss_=dynamic_cast<ssl_socket_base_t*>(this))
26
tb_ = true;
27
return ss_;
28
}
29
}
30
31
socket_base_t* get_socket()
32
{
33
if(!tb_){
34
BOOST_ASSERT(s_);
35
return s_;
36
}else if(tb_)
37
return NULL;
38
else{
39
if(s_=dynamic_cast<socket_base_t*>(this))
40
tb_ = false;
41
return s_;
42
}
43
}
44
45
void reset()
46
{ tb_ = boost::indeterminate; }
47
48
typename T::lowest_layer_type& lowest_layer()
49
{
50
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
51
if(p)
52
return p->lowest_layer();
53
else
54
return get_socket()->lowest_layer();
55
}
56
57
template <typename MutableBufferSequence>
58
std::size_t read_some(const MutableBufferSequence& buffers)
59
{
60
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
61
if(p)
62
return p->read_some(buffers);
63
else
64
return get_socket()->read_some(buffers);
65
}
66
67
template <typename MutableBufferSequence>
68
std::size_t read_some(const MutableBufferSequence& buffers,boost::system::error_code& ec)
69
{
70
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
71
if(p)
72
return p->read_some(buffers,ec);
73
else
74
return get_socket()->read_some(buffers,ec);
75
}
76
77
template <typename MutableBufferSequence, typename ReadHandler>
78
void async_read_some(const MutableBufferSequence& buffers,BOOST_ASIO_MOVE_ARG(ReadHandler) handler)
79
{
80
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
81
if(p)
82
return p->async_read_some(buffers,handler);
83
else
84
return get_socket()->async_read_some(buffers,handler);
85
}
86
87
template <typename ConstBufferSequence>
88
std::size_t write_some(const ConstBufferSequence& buffers,boost::system::error_code& ec)
89
{
90
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
91
if(p)
92
return p->write_some(buffers,ec);
93
else
94
return get_socket()->write_some(buffers,ec);
95
}
96
97
template <typename ConstBufferSequence>
98
std::size_t write_some(const ConstBufferSequence& buffers)
99
{
100
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
101
if(p)
102
return p->write_some(buffers);
103
else
104
return get_socket()->write_some(buffers);
105
}
106
107
template <typename MutableBufferSequence, typename ReadHandler>
108
void async_write_some(const MutableBufferSequence& buffers,BOOST_ASIO_MOVE_ARG(ReadHandler) handler)
109
{
110
ssl_socket_base_t* p = get_ssl_socket();
111
if(p)
112
return p->async_write_some(buffers,handler);
113
else
114
return get_socket()->async_write_some(buffers,handler);
115
}
116
117
private:
118
boost::tribool tb_;
119
union {
120
ssl_socket_base_t* ss_;
121
socket_base_t* s_;
122
};
123
};
考虑到dynamic_cast转换的性能开销，因此增加了三态逻辑变量tb_和union指针，tb_表示当前this实际指向的对象类型，初始化为indeterminate，true表示ssl socket对象，使用ss_；false表示普通socket对象，使用s_。这样一来，当且仅当tb_为indeterminate时才dynamic_cast。由于这点优化仅对基类指针操作有效，而对派生对象实无必要，所以tb_和union指针设为私有的；而且基类指针可以指向不同的子类对象，所以增加了reset方法重设tb_为indeterminate状态，保证行为的正确性。
应用改进
使用boost_socket_base框架后，只须5个地方稍作改动即可。
1）成员变量：由原来的boost::asio::ip::tcp改为boost_socket_base<boost_tcp_socket>*类型。
1
typedef boost::asio::ip::tcp::socket boost_tcp_socket;
2
boost_socket_base<boost_tcp_socket>* socket_;
2）构造函数：增加boost::asio::ssl::context*
ctx参数，默认为NULL，表示不使用ssl。
1
http_client_base(boost::asio::io_service& io_service,boost::asio::ssl::context* ctx=NULL)
2
:resolver_(io_service)
3
{
4
if(ctx)
5
socket_ = new boost_ssl_socket<boost_tcp_socket>(io_service,*ctx);
6
else
7
socket_ = new boost_socket<boost_tcp_socket>(io_service);
8
}
3）握手处理：与非ssl不同的是，在连接后需要进行握手，握手成功后才回调onConnect。
1
void handle_connect(const boost::system::error_code& e)
2
{
3
if(!e){
4
boost_socket_base<boost_tcp_socket>::ssl_socket_base_t* p = socket_->get_ssl_socket();
5
if(p)
6
p->async_handshake(boost::asio::ssl::stream_base::client,boost::bind(&http_client::handle_handshake,
7
this,boost::asio::placeholders::error));
8
else
9
onConnect();
10
}else
11
onIoError(e);
12
}
13
void handle_handshake(const boost::system::error_code& e)
14
{
15
if(!e)
16
onConnect();
17
else
18
onIoError(e);
19
}
4）异步连接：由于async_connect只接受boost::basic_socket类即最底层的socket作为参数，因此需要调用lowest_layer。
1
void handle_resolve(const boost::system::error_code& e,boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator endpoint_iterator)
2
{
3
if (!e)
4
boost::asio::async_connect(socket_->lowest_layer(), endpoint_iterator,boost::bind(&http_client::handle_connect,this,boost::asio::placeholders::error));
5
else
6
onIoError(e);
7
}
5）async_xxx调用：将参数socet_改为*socket_，例如下。
1
void async_write(const void* data,size_t size,bool in_place=false)
2
{
3
if(!in_place){
4
//do something
5
boost::asio::async_write(*socket_,request_,boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
6
}else
7
boost::asio::async_write(*socket_,asio::buffer(data,size),boost::bind(&http_client::handle_write,this,boost::asio::placeholders::error));
8
}
9
void handle_write(const boost::system::error_code& e)
10
{
11
if(!e)
12
boost::asio::async_read_until(*socket_, response_, "\r\n\r\n",
13
boost::bind(&http_client::handle_read_header,this,boost::asio::placeholders::error,asio::placeholders::bytes_transferred));
14
else
15
onIoError(e);
16
}
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