[C++]-网络库mongoose简介

Mongoose是C语言网络库，为TCP、UDP、HTTP、WebSocket、CoAP、MQTT实现了事件驱动型的非阻塞api。

Mongoose库

Mongoose是出名的嵌入式网络编程库（https://github.com/cesanta/mongoose）；只需微小的静态和运行时占用空间，实现了：

• 普通TCP、普通UDP、SSL/TLS（单向或双向）、客户端和服务器。
• http客户端和服务器。
• WebSocket客户端和服务器。
• MQTT客户机和服务器。
• CoAP客户端和服务器。
• DNS客户端和服务器。
• 异步DNS解析程序。

设计理念

Mongoose的三个基本数据结构：

struct mg_mgr;///事件管理器，保存所有的活动链接
struct mg_connection;///描述一个链接
struct mbuf;///接收和发送的数据

每个链接都使用mg_connection进行描述，一个连接可以是：

• outbound(出站)链接：通过调用mg_connect()产生；
• listening(监听)链接：通过调用mg_bind()产生；
• inbound(入站)链接：listening链接所收到的链接；

Mongoose应用应遵循事件驱动模式，通过mg_mgr_poll()遍历所有的套接字，接受新链接、发送、接收数据、关闭链接；并为各自的事件调用事件处理函数。

struct mg_mgr mgr;
mg_mgr_init(&mgr, NULL);	// 创建并初始化事件管理器
struct mg_connection *c = mg_bind(&mgr, "80", ev_handler_function);
mg_set_protocol_http_websocket(c);	//创建链接
for (;;) {	//通过调用mg_mgr_pool()创建事件循环
   mg_mgr_poll(&mgr, 1000);
}

缓冲区

每个连接都有一个发送和接收缓冲区：

• mg_connection::recv_mbuf：将接收到的数据加到recv_mbuf后面，并触发一个MG_EV_RECV事件；
• mg_connection::send_mbuf：用户发送数据（mg_send() 或 mg_printf()）时，输出函数将数据追加到send_mbuf；成功地将数据写到socket后，丢弃缓冲区中的数据并触发一个MG_EV_SEND事件；

连接关闭后，触发一个MG_EV_CLOSE事件。

事件处理函数

每个链接都有其与之相关的事件处理函数，是数据处理的关键元素。

static void ev_handler(struct mg_connection *nc, int ev, void *ev_data) {
  switch (ev) {
    /* Event handler code that defines behavior of the connection */
    ...
  }
}

参数说明：

• mg_connection *nc：触发事件的连接；内部有void *user_data字段，可保存用户自定义信息；
• int ev：事件编号；
• void *ev_data : 事件数据指针（不同的事件有不同的意义）

事件

Mongoose接受传入连接、读取和写入数据，并在适当时机触发对应指定事件：

• 出站连接：MG_EV_CONNECT -> (MG_EV_RECV, MG_EV_SEND, MG_EV_POLL …) -> MG_EV_CLOSE
• 入站连接：MG_EV_ACCEPT -> (MG_EV_RECV, MG_EV_SEND, MG_EV_POLL …) -> MG_EV_CLOSE

核心事件说明：

• MG_EV_ACCEPT: 接收到新连接，void *ev_data是远程端的union socket_address。
• MG_EV_CONNECT: 当mg_connect()创建了一个新出站链接时（无论连接是否成功），void *ev_data是int *success；当success是0，则连接已经建立，否则包含一个错误码（mg_connect_opt()函数来查看错误码）。
• MG_EV_RECV：接收数据并追加到recv_mbuf时触发。void *ev_data是int *num_received_bytes（接收到的数据长度）。通常，事件处理函数应通过nc->recv_mbuf检查接收数据，并通过mbuf_remove()丢弃已处理的数据（用户有责任从接收缓冲区丢弃已处理的数据）。
• MG_EV_SEND: 已将数据写入到socket中，并且已经丢弃写入到mg_connection::send_mbuf的数据；void *ev_data是int *num_sent_bytes。
• MG_EV_POLL：在每次调用mg_mgr_poll()时触发。该事件被用于做任何事情，例如，检查某个超时是否已过期并关闭连接或发送心跳消息等。
• MG_EV_TIMER: 当mg_set_timer()调用后触发。

连接flags

每个链接都有flags位域。

由事件处理程序设置的链接flags列表：

• MG_F_FINISHED_SENDING_DATA：告诉mongoose所有数据已经追加到send_mbuf，只要mongoose将数据写入socket，此链接就会关闭。
• MG_F_BUFFER_BUT_DONT_SEND：告诉mongoose追加数据到send_mbuf，但数据不要马上发送，因为此数据稍后会被修改。然后通过清除MG_F_BUFFER_BUT_DONT_SEND标志将数据发送出去。
• MG_F_CLOSE_IMMEDIATELY：告诉mongoose立即关闭链接，通常在产生错误后发送此事件。
• MG_USER_1,MG_USER_2,MG_USER_3,MG_USER_4：开发者可用它来存储特定应用程序的状态

由mongoose设置的flags:

• MG_F_SSL_HANDSHAKE_DONE：ssl握手完成时设置；
• MG_F_CONNECTING：在mg_connect()调用后链接处于链接状态，但未完成链接时设置；
• MG_F_LISTENING：在监听中；
• MG_F_UDP：链接是udp时设置；
• MG_F_WEBSOCKET：链接是websocket时设置；
• MG_F_WEBSOCKET_NO_DEFRAG：如果用户想关闭websocket的自动帧碎片整理功能，则由用户设置此标记。

Http示例

HTTP请求中主要消息格式为：

struct http_message {
    struct mg_str message; /* Whole message: request line + headers + body */
    struct mg_str body;    /* Message body. 0-length for requests with no body */

    /* HTTP Request line (or HTTP response line) */
    struct mg_str method; /* "GET" */
    struct mg_str uri;    /* "/foo/bar" */
    struct mg_str proto;  /* "HTTP/1.1" -- for both request and response */

    /* For responses, code and response status message are set */
    int resp_code;
    struct mg_str resp_status_msg;

    /*
     * Query-string part of the URI. For example, for HTTP request
     *    GET /foo/bar?param1=val1&param2=val2
     *       |   uri  |     query_string     |
     *
     * Note that question mark character doesn't belong neither to the uri,
     * nor to the query_string
     */
    struct mg_str query_string;

    /* Headers：默认最多40个，可根据需要修改 */
    struct mg_str header_names[MG_MAX_HTTP_HEADERS];
    struct mg_str header_values[MG_MAX_HTTP_HEADERS];
};

RESTful Server

对于Http请求，MG_EV_HTTP_MSG为接收到消息时触发的事件。

mg_http_message中存放的是Http请求的消息，通过mg_http_reply来应答Http请求。

std::string getMgStr(struct mg_str str) {
    return std::string(str.ptr, str.len);
}

// We use the same event handler function for HTTP and HTTPS connections
// fn_data is NULL for plain HTTP, and non-NULL for HTTPS
static void funCallback(struct mg_connection *c, int ev, void *ev_data, void *fn_data) {
    std::cout << "Connect from: " << c->peer.ip << ":" << c->peer.port << ", type: " << ev << std::endl;

    if (ev == MG_EV_ACCEPT && fn_data != NULL) {
        struct mg_tls_opts opts = {
                //.ca = "ca.pem",         // Uncomment to enable two-way SSL
                .cert = "server.pem",    // Certificate PEM file
                .certkey = "server.pem", // This pem contains both cert and key
        };
        mg_tls_init(c, &opts);
    } else if (ev == MG_EV_HTTP_MSG) {
        struct mg_http_message *hm = (struct mg_http_message *) ev_data;

        std::cout << "Http request: Method=" << getMgStr(hm->method) << ", URI=" << getMgStr(hm->uri)
                  << ", query=" << getMgStr(hm->query) << ", proto=" << getMgStr(hm->proto) << std::endl;
        std::cout << "Request body: " << getMgStr(hm->body) << std::endl;
        if (mg_vcmp(&hm->uri, "/api/f1") == 0) {// Serve REST
            json jData = json::parse(hm->body.ptr, hm->body.ptr + hm->body.len);
            std::cout << "##iterate data\n";
            for (auto it:jData) {
                std::cout << "value: " << it << '\n';
            }
            std::cout << "##iterate items\n";
            for (auto &el:jData.items()) {
                std::cout << "Key: " << el.key() << ", value: " << el.value() << '\n';
            }
            mg_http_reply(c, 200, "", "{\"result\": %d}\n", 123);
        } else if (mg_http_match_uri(hm, "/api/f2/*")) {
            mg_http_reply(c, 200, "", "{\"result\": \"%.*s\"}\n", (int) hm->uri.len, hm->uri.ptr);
        } else {
            // struct mg_http_serve_opts opts = {.root_dir = s_root_dir};
            // mg_http_serve_dir(c, ev_data, &opts);

            mg_http_reply(c, 200, "", "Unknown request\n"); // Serve REST
        }
    }
    (void) fn_data;
}

void startHttpServer() {
    struct mg_mgr mgr;       // Event manager
    mg_log_set("2");    	 // Set to 3 to enable debug
    mg_mgr_init(&mgr);       // Initialise event manager
    mg_http_listen(&mgr, s_http_addr, funCallback, NULL);   // Create HTTP listener
//    mg_http_listen(&mgr, s_https_addr, funCallback, (void *) 1); // HTTPS listener
    for (;;)
        mg_mgr_poll(&mgr, 1000); // Infinite event loop
    mg_mgr_free(&mgr);
}