在邏輯單元內(nèi)部的一種高效的編程方法：有限狀態(tài)機(jī)。

有的應(yīng)用層協(xié)議頭部包含數(shù)據(jù)包類型字段，每種類型可以映射為邏輯單元的一種執(zhí)行狀態(tài)，服務(wù)器可以根據(jù)它來編寫相應(yīng)的處理邏輯，下面代碼展示的是狀態(tài)獨(dú)立的有限狀態(tài)機(jī)

STATE_MACHINE(Package_pack)
{
    PackageType_type=_pack.GetType();
    switch(_type)
    {
        case type_A:
        process_package_A(_pack);
        break;
        case type_B:
        process_package_B(_pack);
        break;
    }
}

這是一個(gè)簡單的有限狀態(tài)機(jī)，只不過該狀態(tài)機(jī)的每個(gè)狀態(tài)都是相互獨(dú)立的，即狀態(tài)之間沒有相互轉(zhuǎn)移。

狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移是需要狀態(tài)機(jī)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)的，這種被稱作帶狀態(tài)轉(zhuǎn)移的有限狀態(tài)機(jī)

STATE_MACHINE()
{
    State cur_State=type_A;
    while(cur_State!=type_C)
    {
        Package_pack=getNewPackage();
        switch(cur_State)
        {
            case type_A:
            process_package_state_A(_pack);
            cur_State=type_B;
            break;
            case type_B:
            process_package_state_B(_pack);
            cur_State=type_C;
            break;
        }
    }
}

該狀態(tài)機(jī)包含三種狀態(tài)：type_A、type_B和type_C，其中type_A是狀態(tài)機(jī)的開始狀態(tài)，type_C是狀態(tài)機(jī)的結(jié)束狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)記錄在cur_State變量中。在一趟循環(huán)過程中，狀態(tài)機(jī)先通過 getNewPackage方法獲得一個(gè)新的數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)cur_State變量的值判斷如何處理該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包處理完之后，狀態(tài)機(jī)通過給cur_State變量傳遞目標(biāo)狀態(tài)值來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移。那么當(dāng)狀態(tài)機(jī)進(jìn)入下一趟循環(huán)時(shí)， 它將執(zhí)行新的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的邏輯。

有限狀態(tài)機(jī)應(yīng)用實(shí)例：HTTP請(qǐng)求的讀取和分析。很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括TCP協(xié)議和IP協(xié)議，都在其頭部中提供頭部長度字段。程序根據(jù)該字段的值就可以知道是否接收到一個(gè)完整的協(xié)議頭部。但HTTP協(xié)議并未提供這樣的頭部長度字段，并且其頭部長度變化也很大，可以只有十幾字節(jié)，也可以有上百字節(jié)。根據(jù)協(xié)議規(guī)定，我們判斷HTTP頭部結(jié)束的依據(jù)是遇到一個(gè)空行，該空行僅包含一對(duì)回車換行符（＜CR＞＜LF＞）。如果一次讀操作沒有讀入HTTP請(qǐng)求的整個(gè)頭部，即沒有遇到空行，那么我們必須等待客戶繼續(xù)寫數(shù)據(jù)并再次讀入。 因此，我們每完成一次讀操作，就要分析新讀入的數(shù)據(jù)中是否有空行。 不過在尋找空行的過程中，我們可以同時(shí)完成對(duì)整個(gè)HTTP請(qǐng)求頭部的分析（記住，空行前面還有請(qǐng)求行和頭部域），以提高解析HTTP請(qǐng)求的效率。下面代碼使用主、從兩個(gè)有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)了最簡單的HTTP 請(qǐng)求的讀取和分析。為了使表述簡潔，我們約定，直接稱HTTP請(qǐng)求的一行（包括請(qǐng)求行和頭部字段）為行。

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>

#define BUFFER_SIZE 4096/*讀緩沖區(qū)大小*/
/*主狀態(tài)機(jī)的兩種可能狀態(tài)，分別表示：當(dāng)前正在分析請(qǐng)求行，當(dāng)前正在分析頭部字段*/
enum CHECK_STATE { CHECK_STATE_REQUESTLINE = 0, CHECK_STATE_HEADER, CHECK_STATE_CONTENT };
/*從狀態(tài)機(jī)的三種可能狀態(tài)，即行的讀取狀態(tài)，分別表示：讀取到一個(gè)完整的行、行出錯(cuò)和行數(shù)據(jù)尚且不完整*/
enum LINE_STATUS { LINE_OK = 0, LINE_BAD, LINE_OPEN };
/*服務(wù)器處理HTTP請(qǐng)求的結(jié)果：NO_REQUEST表示請(qǐng)求不完整，需要繼續(xù)讀取客戶數(shù)據(jù)；GET_REQUEST表示獲得了一個(gè)完整的客戶請(qǐng)求；BAD_REQUEST表示客戶請(qǐng)求有語法錯(cuò)誤；FORBIDDEN_REQUEST表示客戶對(duì)資源沒有足夠的訪問權(quán)限；INTERNAL_ERROR表示服務(wù)器內(nèi)部錯(cuò)誤；CLOSED_CONNECTION表示客戶端已經(jīng)關(guān)閉連接了*/
enum HTTP_CODE { NO_REQUEST, GET_REQUEST, BAD_REQUEST, FORBIDDEN_REQUEST, INTERNAL_ERROR, CLOSED_CONNECTION };
/*為了簡化問題，我們沒有給客戶端發(fā)送一個(gè)完整的HTTP應(yīng)答報(bào)文，而只是根據(jù)服務(wù)器的處理結(jié)果發(fā)送如下成功或失敗信息*/
static const char* szret[] = { "I get a correct result\n", "Something wrong\n" };

/*從狀態(tài)機(jī)，用于解析出一行內(nèi)容*/
LINE_STATUS parse_line( char* buffer, int& checked_index, int& read_index )
{
    char temp;
/*checked_index指向buffer（應(yīng)用程序的讀緩沖區(qū)）中當(dāng)前正在分析的字節(jié)，read_index指向buffer中客戶數(shù)據(jù)的尾部的下一字節(jié)。buffer中第0～checked_index字節(jié)都已分析完畢，第checked_index~(read_index-1)字節(jié)由下面的循環(huán)挨個(gè)分析*/
    for ( ; checked_index < read_index; ++checked_index )
    {
        /*獲得當(dāng)前要分析的字節(jié)*/
        temp = buffer[ checked_index ];
        /*如果當(dāng)前的字節(jié)是“\r”，即回車符，則說明可能讀取到一個(gè)完整的行*/
        if ( temp == '\r' )
        {
            /*如果“\r”字符碰巧是目前buffer中的最后一個(gè)已經(jīng)被讀入的客戶數(shù)據(jù)，那么這次分析沒有讀        取到一個(gè)完整的行，返回LINE_OPEN以表示還需要繼續(xù)讀取客戶數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步分析*/
            if ( ( checked_index + 1 ) == read_index )
            {
                return LINE_OPEN;
            }
            /*如果下一個(gè)字符是“\n”，則說明我們成功讀取到一個(gè)完整的行*/
            else if ( buffer[ checked_index + 1 ] == '\n' )
            {
                buffer[ checked_index++ ] = '\0';
                buffer[ checked_index++ ] = '\0';
                return LINE_OK;
            }
            /*否則的話，說明客戶發(fā)送的HTTP請(qǐng)求存在語法問題*/
            return LINE_BAD;
        }

        /*如果當(dāng)前的字節(jié)是“\n”，即換行符，則也說明可能讀取到一個(gè)完整的行*/
        else if( temp == '\n' )
        {
            if( ( checked_index > 1 ) &&  buffer[ checked_index - 1 ] == '\r' )
            {
                buffer[ checked_index-1 ] = '\0';
                buffer[ checked_index++ ] = '\0';
                return LINE_OK;
            }
            return LINE_BAD;
        }
    }
    /*如果所有內(nèi)容都分析完畢也沒遇到“\r”字符，則返回LINE_OPEN，表示還需要繼續(xù)讀取客戶數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步分析*/
    return LINE_OPEN;
}

/*分析請(qǐng)求行*/
HTTP_CODE parse_requestline( char* szTemp, CHECK_STATE& checkstate )
{
    char* szURL = strpbrk( szTemp, " \t" );
    /*如果請(qǐng)求行中沒有空白字符或“\t”字符，則HTTP請(qǐng)求必有問題*/
    if ( ! szURL )
    {
        return BAD_REQUEST;
    }
    *szURL++ = '\0';

    char* szMethod = szTemp;
    if ( strcasecmp( szMethod, "GET" ) == 0 )/*僅支持GET方法*/
    {
        printf( "The request method is GET\n" );
    }
    else
    {
        return BAD_REQUEST;
    }

    szURL += strspn( szURL, " \t" );
    char* szVersion = strpbrk( szURL, " \t" );
    if ( ! szVersion )
    {
        return BAD_REQUEST;
    }
    *szVersion++ = '\0';
    szVersion += strspn( szVersion, " \t" );
    
    /*僅支持HTTP/1.1*/
    if ( strcasecmp( szVersion, "HTTP/1.1" ) != 0 )
    {
        return BAD_REQUEST;
    }
    /*檢查URL是否合法*/
    if ( strncasecmp( szURL, "http://", 7 ) == 0 )
    {
        szURL += 7;
        szURL = strchr( szURL, '/' );
    }

    if ( ! szURL || szURL[ 0 ] != '/' )
    {
        return BAD_REQUEST;
    }

    //URLDecode( szURL );
    printf( "The request URL is: %s\n", szURL );

    /*HTTP請(qǐng)求行處理完畢，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到頭部字段的分析*/
    checkstate = CHECK_STATE_HEADER;
    return NO_REQUEST;
}

/*分析頭部字段*/
HTTP_CODE parse_headers( char* szTemp )
{
    /*遇到一個(gè)空行，說明我們得到了一個(gè)正確的HTTP請(qǐng)求*/
    if ( szTemp[ 0 ] == '\0' )
    {
        return GET_REQUEST;
    }
    else if ( strncasecmp( szTemp, "Host:", 5 ) == 0 )/*處理“HOST”頭部字段*/
    {
        szTemp += 5;
        szTemp += strspn( szTemp, " \t" );
        printf( "the request host is: %s\n", szTemp );
    }
    else/*其他頭部字段都不處理*/
    {
        printf( "I can not handle this header\n" );
    }

    return NO_REQUEST;
}
/*分析HTTP請(qǐng)求的入口函數(shù)*/
HTTP_CODE parse_content( char* buffer, int& checked_index, CHECK_STATE& checkstate, int& read_index, int& start_line )
{
    LINE_STATUS linestatus = LINE_OK;/*記錄當(dāng)前行的讀取狀態(tài)*/
    HTTP_CODE retcode = NO_REQUEST;/*記錄HTTP請(qǐng)求的處理結(jié)果*/
    /*主狀態(tài)機(jī)，用于從buffer中取出所有完整的行*/
    while( ( linestatus = parse_line( buffer, checked_index, read_index ) ) == LINE_OK )
    {
        char* szTemp = buffer + start_line;/*start_line是行在buffer中的起始位置*/
        start_line = checked_index;/*記錄下一行的起始位置*/
        
        /*checkstate記錄主狀態(tài)機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)*/
        switch ( checkstate )
        {
            case CHECK_STATE_REQUESTLINE:/*第一個(gè)狀態(tài)，分析請(qǐng)求行*/
            {
                retcode = parse_requestline( szTemp, checkstate );
                if ( retcode == BAD_REQUEST )
                {
                    return BAD_REQUEST;
                }
                break;
            }
            case CHECK_STATE_HEADER:/*第二個(gè)狀態(tài)，分析頭部字段*/
            {
                retcode = parse_headers( szTemp );
                if ( retcode == BAD_REQUEST )
                {
                    return BAD_REQUEST;
                }
                else if ( retcode == GET_REQUEST )
                {
                    return GET_REQUEST;
                }
                break;
            }
            default:
            {
                return INTERNAL_ERROR;
            }
        }
    }

    /*若沒有讀取到一個(gè)完整的行，則表示還需要繼續(xù)讀取客戶數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步分析*/
    if( linestatus == LINE_OPEN )
    {
        return NO_REQUEST;
    }
    else
    {
        return BAD_REQUEST;
    }
}

int main( int argc, char* argv[] )
{
    if( argc <= 2 )
    {
        printf( "usage: %s ip_address port_number\n", basename( argv[0] ) );
        return 1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi( argv[2] );
    
    struct sockaddr_in address;
    bzero( &address, sizeof( address ) );
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );
    address.sin_port = htons( port );
    
    int listenfd = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
    assert( listenfd >= 0 );
    
    int ret = bind( listenfd, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );
    assert( ret != -1 );
    
    ret = listen( listenfd, 5 );
    assert( ret != -1 );
    
    struct sockaddr_in client_address;
    socklen_t client_addrlength = sizeof( client_address );
    int fd = accept( listenfd, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrlength );
    if( fd < 0 )
    {
        printf( "errno is: %d\n", errno );
    }
    else
    {
        char buffer[ BUFFER_SIZE ];/*讀緩沖區(qū)*/
        memset( buffer, '\0', BUFFER_SIZE );
        int data_read = 0;
        int read_index = 0;/*當(dāng)前已經(jīng)讀取了多少字節(jié)的客戶數(shù)據(jù)*/
        int checked_index = 0;/*當(dāng)前已經(jīng)分析完了多少字節(jié)的客戶數(shù)據(jù)*/
        int start_line = 0;/*行在buffer中的起始位置*/
        /*設(shè)置主狀態(tài)機(jī)的初始狀態(tài)*/
        CHECK_STATE checkstate = CHECK_STATE_REQUESTLINE;
        while( 1 )/*循環(huán)讀取客戶數(shù)據(jù)并分析之*/
        {
            data_read = recv( fd, buffer + read_index, BUFFER_SIZE - read_index, 0 );
            if ( data_read == -1 )
            {
                printf( "reading failed\n" );
                break;
            }
            else if ( data_read == 0 )
            {
                printf( "remote client has closed the connection\n" );
                break;
            }
    
            read_index += data_read;
            /*分析目前已經(jīng)獲得的所有客戶數(shù)據(jù)*/
            HTTP_CODE result = parse_content( buffer, checked_index, checkstate,read_index, start_line );
            if( result == NO_REQUEST )/*尚未得到一個(gè)完整的HTTP請(qǐng)求*/
            {
                continue;
            }
            else if( result == GET_REQUEST )/*得到一個(gè)完整的、正確的HTTP請(qǐng)求*/
            {
                send( fd, szret[0], strlen( szret[0] ), 0 );
                break;
            }
            else/*其他情況表示發(fā)生錯(cuò)誤*/
            {
                send( fd, szret[1], strlen( szret[1] ), 0 );
                break;
            }
        }
        close( fd );
    }
    
    close( listenfd );
    return 0;
}

這里面有一個(gè)關(guān)于"\n","\r"的小知識(shí)，建議看這篇博客：(69條消息) \r,\n與\r\n有什么區(qū)別?_阿牛哥818的博客-CSDN博客

代碼中的兩個(gè)有限狀態(tài)機(jī)分別稱為主狀態(tài)機(jī)和從狀態(tài)機(jī)，這體現(xiàn)了它們之間的關(guān)系：主狀態(tài)機(jī)在內(nèi)部調(diào)用從狀態(tài)機(jī)。下面先分析從狀態(tài)機(jī)，即parse_line函數(shù)，它從buffer中解析出一個(gè)行。下圖描述了其可能的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程：

這個(gè)狀態(tài)機(jī)的初始狀態(tài)是LINE_OK，其原始驅(qū)動(dòng)力來自于buffer中新到達(dá)的客戶數(shù)據(jù)。在main函數(shù)中，我們循環(huán)調(diào)用recv函數(shù)往buffer中讀入客戶數(shù)據(jù)。每次成功讀取數(shù)據(jù)后，我們就調(diào)用parse_content函數(shù)來分析新讀入的數(shù)據(jù)。parse_content函數(shù)首先要做的就是調(diào)用parse_line函數(shù) 來獲取一個(gè)行?，F(xiàn)在假設(shè)服務(wù)器經(jīng)過一次recv調(diào)用之后，buffer的內(nèi)容以及部分變量的值如圖(a)所示。

parse_line函數(shù)處理后的結(jié)果如圖(b)所示，它挨個(gè)檢查圖(a)所示的buffer中checked_index到（read_index-1）之間的字節(jié)，判斷是否存在行結(jié)束符，并更新checked_index的值。當(dāng)前buffer中不存在行結(jié)束符，所以parse_line返回LINE_OPEN。接下來，程序繼續(xù)調(diào)用recv以讀取更多客戶數(shù)據(jù)，這次讀操作后buffer中的內(nèi)容以及部分變量的值如圖 (c)所示。然后parse_line函數(shù)就又開始處理這部分新到來的數(shù)據(jù)，如圖(d)所示。這次它讀取到了一個(gè)完整的行，即“HOST:localhost\r\n”。 此時(shí)，parse_line函數(shù)就可以將這行內(nèi)容遞交給parse_content函數(shù)中的主狀態(tài)機(jī)來處理了。

主狀態(tài)機(jī)使用checkstate變量來記錄當(dāng)前的狀態(tài)。如果當(dāng)前的狀態(tài)是CHECK_STATE_REQUESTLINE，則表示parse_line函數(shù)解析出的行是請(qǐng)求行，于是主狀態(tài)機(jī)調(diào)用parse_requestline來分析請(qǐng)求行；如果當(dāng)前的狀態(tài)是CHECK_STATE_HEADER，則表示parse_line函數(shù)解析出的是頭部字段，于是主狀態(tài)機(jī)調(diào)用parse_headers來分析頭部字段.checkstate變量的初始值是CHECK_STATE_REQUESTLINE，parse_requestline函數(shù)在成功地分析完請(qǐng)求行之后將其設(shè)置為CHECK_STATE_HEADER，從而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-465102.html

到了這里，關(guān)于Linux網(wǎng)絡(luò)編程——有限狀態(tài)機(jī)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！