大家好，我是书樱。
在上一篇日志中，我们通过TDD为PlayerRegistry核心模块建立了坚实的、可验证的基础。它就像一台经过精密调校的引擎，现在是时候为这台引擎构建传动系统和底盘，让它真正连接到外部世界。今天，我们将深入探讨如何构建一个功能完备的WebSocket服务器，将核心逻辑暴露于网络之中。
第一阶段：技术栈演进与架构升级
从websocketpp到Boost.Beast的迁移
我们最初的技术选型包含了websocketpp，但在深入评估后，我们决定进行一次重要的技术升级，全面转向Boost.Beast。这一决策的驱动力来自多个技术层面的考量：
技术债务的现实
首先是websocketpp的技术债务问题：
# websocketpp的问题
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.8) # 过于陈旧
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11") # 不支持现代C++
# 与我们的现代CMake 3.20+产生不可调和的冲突
# 尝试的兼容性方案都无法完美解决这些技术债务迫使我们需要维护fork版本，增加了维护复杂度。
Boost.Beast的技术优势
1. 现代C++设计哲学
// Beast完全拥抱C++14/17的特性
template<class AsyncWriteStream, class Handler>
auto async_write_some(AsyncWriteStream& stream,
ConstBufferSequence const& buffers,
Handler&& handler)
-> std::enable_if_t<is_async_write_stream<AsyncWriteStream>::value>;2. Header-Only设计的便利性
# 简洁的集成方式
find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system)
target_link_libraries(network_lib PRIVATE Boost::system)
# 无需复杂的构建配置，编译时优化机会更多3. 与Asio的深度集成
// 无缝的事件循环集成
net::io_context ioc;
tcp::socket socket{ioc};
beast::websocket::stream<tcp::socket> ws{std::move(socket)};Boost.Asio异步I/O模型深度解析
Boost.Asio是整个网络层的基石，它实现了Proactor设计模式，这与传统的同步I/O或Reactor模式有本质区别：
Proactor vs Reactor模式对比
传统Reactor模式（如epoll）：
// Reactor模式：通知你"可以读/写了"
while (true) {
events = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
for (each event) {
if (event.events & EPOLLIN) {
// 你需要自己调用read()
ssize_t bytes = read(event.fd, buffer, sizeof(buffer));
// 处理数据...
}
}
}Asio的Proactor模式：
// Proactor模式：通知你"操作已完成"
socket.async_read_some(
net::buffer(data_, max_length),
[this](std::error_code ec, std::size_t length) {
if (!ec) {
// 数据已经在缓冲区中，直接处理
process_data(data_, length);
do_read(); // 继续下一次异步读取
}
}
);第二阶段：WebSocket服务器架构实现
核心WebsocketServer类的设计
我们的WebSocket服务器实现体现了现代C++的设计原则：
// src/network/websocket_server.hpp
#pragma once
#include <memory>
#include <vector>
#include <mutex>
#include <boost/beast/core.hpp>
#include <boost/beast/websocket.hpp>
#include <boost/asio/ip/tcp.hpp>
#include "player_registry.hpp"
namespace picoradar {
namespace network {
namespace beast = boost::beast;
namespace net = boost::asio;
using tcp = net::ip::tcp;
class WebsocketServer {
private:
std::shared_ptr<net::io_context> ioc_;
tcp::acceptor acceptor_;
std::shared_ptr<core::PlayerRegistry> registry_;
public:
WebsocketServer(std::shared_ptr<net::io_context> ioc,
std::shared_ptr<core::PlayerRegistry> registry);
void run(const std::string& address, unsigned short port, int threads);
void stop();
private:
void do_accept();
};
} // namespace network
} // namespace picoradar完整的服务器实现
// src/network/websocket_server.cpp
#include "websocket_server.hpp"
#include "session.hpp"
#include <glog/logging.h>
#include <thread>
namespace picoradar {
namespace network {
WebsocketServer::WebsocketServer(std::shared_ptr<net::io_context> ioc,
std::shared_ptr<core::PlayerRegistry> registry)
: ioc_(ioc)
, acceptor_(*ioc)
, registry_(registry) {}
void WebsocketServer::run(const std::string& address, unsigned short port, int threads) {
beast::error_code ec;
// 解析地址
auto const endpoint = tcp::endpoint{net::ip::make_address(address), port};
// 配置acceptor
acceptor_.open(endpoint.protocol(), ec);
if (ec) {
LOG(FATAL) << "Failed to open acceptor: " << ec.message();
return;
}
acceptor_.set_option(net::socket_base::reuse_address(true), ec);
if (ec) {
LOG(ERROR) << "Failed to set reuse_address: " << ec.message();
}
acceptor_.bind(endpoint, ec);
if (ec) {
LOG(FATAL) << "Failed to bind to " << endpoint << ": " << ec.message();
return;
}
acceptor_.listen(net::socket_base::max_listen_connections, ec);
if (ec) {
LOG(FATAL) << "Failed to listen: " << ec.message();
return;
}
LOG(INFO) << "WebSocket server listening on " << endpoint;
// 开始接受连接
do_accept();
// 启动工作线程池
std::vector<std::thread> workers;
workers.reserve(threads);
for (int i = 0; i < threads; ++i) {
workers.emplace_back([this] {
try {
ioc_->run();
} catch (const std::exception& e) {
LOG(ERROR) << "Worker thread exception: " << e.what();
}
});
}
LOG(INFO) << "Started " << threads << " worker threads";
// 等待所有工作线程完成
for (auto& worker : workers) {
worker.join();
}
LOG(INFO) << "WebSocket server stopped";
}
void WebsocketServer::do_accept() {
acceptor_.async_accept(
net::make_strand(*ioc_),
[this](beast::error_code ec, tcp::socket socket) {
if (!ec) {
LOG(INFO) << "New connection from " << socket.remote_endpoint();
// 创建新的会话来处理这个连接
std::make_shared<Session>(std::move(socket), registry_)->start();
} else {
LOG(ERROR) << "Accept error: " << ec.message();
}
// 继续接受下一个连接
do_accept();
}
);
}
void WebsocketServer::stop() {
LOG(INFO) << "Stopping WebSocket server...";
ioc_->stop();
}
} // namespace network
} // namespace picoradar第三阶段：服务器主程序架构设计
main.cpp的完整实现
我们的服务器入口体现了现代软件架构的最佳实践：
// src/server_app/main.cpp
#include <iostream>
#include <memory>
#include <thread>
#include <csignal>
#include <glog/logging.h>
#include <boost/asio.hpp>
#include "player_registry.hpp"
#include "websocket_server.hpp"
namespace net = boost::asio;
// 全局变量用于信号处理
std::shared_ptr<net::io_context> g_ioc;
void signal_handler(int signal) {
LOG(INFO) << "Received signal " << signal << ", initiating graceful shutdown";
if (g_ioc) {
g_ioc->stop();
}
}
int main(int argc, char* argv[]) {
// 1. 初始化日志系统
google::InitGoogleLogging(argv[0]);
google::SetLogDestination(google::GLOG_INFO, "logs/server.INFO");
google::SetLogDestination(google::GLOG_ERROR, "logs/server.ERROR");
google::SetLogDestination(google::GLOG_FATAL, "logs/server.FATAL");
// 确保日志目录存在
system("mkdir -p logs");
LOG(INFO) << "=== PICO Radar Server Starting ===";
LOG(INFO) << "Version: 1.0.0";
LOG(INFO) << "Build: " << __DATE__ << " " << __TIME__;
try {
// 2. 创建核心业务逻辑（依赖注入的根）
auto registry = std::make_shared<picoradar::core::PlayerRegistry>();
LOG(INFO) << "PlayerRegistry created";
// 3. 创建I/O上下文
g_ioc = std::make_shared<net::io_context>();
// 4. 创建WebSocket服务器，注入依赖
auto server = std::make_shared<picoradar::network::WebsocketServer>(g_ioc, registry);
LOG(INFO) << "WebSocket server created";
// 5. 设置信号处理器实现优雅停机
std::signal(SIGINT, signal_handler);
std::signal(SIGTERM, signal_handler);
// 6. 配置服务器参数
const std::string address = "0.0.0.0";
const unsigned short port = 9002;
const int num_threads = std::max(1, static_cast<int>(std::thread::hardware_concurrency()));
LOG(INFO) << "Server configuration:";
LOG(INFO) << " Address: " << address;
LOG(INFO) << " Port: " << port;
LOG(INFO) << " Worker threads: " << num_threads;
LOG(INFO) << " Hardware concurrency: " << std::thread::hardware_concurrency();
// 7. 启动服务器（阻塞调用）
LOG(INFO) << "Starting server...";
server->run(address, port, num_threads);
} catch (const std::exception& e) {
LOG(FATAL) << "Server startup failed: " << e.what();
return 1;
}
LOG(INFO) << "=== PICO Radar Server Shutdown Complete ===";
return 0;
}技术成果与里程碑
架构演进的成果
经过这个阶段，我们实现了从概念到可运行服务器的完整转变：
之前（Day 2）：
- 纯粹的业务逻辑（PlayerRegistry）
- 完整的单元测试覆盖
- 无网络能力
现在（Day 3）：
- 完整的WebSocket服务器
- 异步I/O架构
- 多线程支持
- 结构化日志
- 优雅停机
- 生产级错误处理
性能特征
我们的服务器现在具备了：
- 高并发能力: 基于Asio的异步I/O可以处理数千个并发连接
- CPU效率: 线程池设计充分利用多核资源
- 内存安全: 智能指针和RAII保证无内存泄漏
- 可观测性: 完整的日志记录便于监控和调试
下一步计划
网络基础架构的完成为整个系统打下了坚实基础。在下一篇日志中，我们将探讨：
- 认证机制的具体实现
- WebSocket消息协议的设计
- Session管理和生命周期
- 客户端通信协议的建立
技术栈深度总结：
- 网络库: Boost.Beast + Boost.Asio (异步I/O)
- 并发模型: Proactor pattern with thread pool
- 依赖管理: vcpkg manifest mode
- 日志系统: Google glog with structured logging
- 内存管理: Smart pointers + RAII
- 构建系统: Modern CMake with target-based design
这个阶段的开发标志着PICO Radar从纸面设计转向了真正可运行的网络应用。每一行代码都体现了现代C++的最佳实践，为后续的功能开发奠定了坚实的基础。
下期预告: 《代码质量的守护者——Linter与开发工具链建设》