Java通過JNI機(jī)制調(diào)用c/c++寫的native程序。c/c++開發(fā)的native程序需要遵循一定的JNI規(guī)范，下面的例子就是一個(gè)JNI函數(shù)聲明：
JVM負(fù)責(zé)從Java Stack轉(zhuǎn)入C/C++ Native Stack。當(dāng)Java進(jìn)入JNI調(diào)用，除了函數(shù)本身的參數(shù)(arg0),會(huì)多出兩個(gè)參數(shù)：JNIEnv指針和jobject指針。
JNIEnv指針是JVM創(chuàng)建的，用于Native的c/c++方法操縱Java執(zhí)行棧中的數(shù)據(jù)，比如Java Class, Java Method等。

首先，JNI對(duì)于JNIEnv的使用, 提供了兩種語法: c語法以及c++語法，如下：
c語法：
c++語法：
(注：由于C語言并不支持對(duì)象的概念，所以C語法中需要把env作為第一個(gè)參數(shù)傳入，類似于C++的隱式參數(shù)this指針).


另外： JNIEnv有幾個(gè)設(shè)計(jì)的原則：
第一、JNIEnv指針被設(shè)計(jì)成了Thread Local Storage(TLS)變量，也就是說每一個(gè)Thread, JNIEnv變量都有獨(dú)立的Copy。這樣做的原因主要是考慮到：
由于JVM要運(yùn)行在多個(gè)平臺(tái)（除了主流的Windows,Linux等平臺(tái)),JNI內(nèi)部實(shí)現(xiàn)很多要依賴到TLS， 為了減少對(duì)TLS的依賴，所有TLS based的數(shù)據(jù)都會(huì)存放于JNIEnv中。這樣相當(dāng)于只依賴一個(gè)TLS based的變量JNIEnv。由于JNIEnv指針是TLS的，所以你不能把Thead#1使用的JNIEnv傳給Thread#2使用。

第二、JNIEnv中定義了一組函數(shù)指針，c/c++ Native程序是通過這些函數(shù)指針操縱Java數(shù)據(jù)。這樣設(shè)計(jì)的好處是：你的c/c++ 程序不需要依賴任何函數(shù)庫，或者DLL。由于JVM可能由不同的廠商實(shí)現(xiàn)，不同廠商有自己不同的JNI實(shí)現(xiàn)，如果要求這些廠商暴露約定好的一些頭文件和庫，這不是靈活的設(shè)計(jì)。
而且使用函數(shù)指針表的另外一個(gè)好處是： JVM可以根據(jù)啟動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)替換JNI實(shí)現(xiàn)。比如：類似于C庫，JNI實(shí)現(xiàn)為了性能起見，并沒有對(duì)調(diào)用者傳入的參數(shù)進(jìn)行檢查。但是在調(diào)試階段，也許這種檢查是很必要的，幫助你盡早發(fā)現(xiàn)BUG。例如如果你使用IBM JDK，你可以指定JVM參數(shù)–Xcheck:jni，告訴JVM使用帶檢查的JNI實(shí)現(xiàn)。

參考：
http://java.sun.com/docs/books/jni/html/jniTOC.html

DLL中導(dǎo)出函數(shù)有兩種方式,即:dllexport與.def文件。
dllexport方式是：在函數(shù)聲明中加上__declspec(dllexport)；
.def方式是：采用模塊定義(.def)文件聲明，(.def)文件為鏈接器提供了有關(guān)被鏈接程序的導(dǎo)出、屬性及其他方面的信息。
(關(guān)于def文件，可以參考http://msdn.microsoft.com/en-us/library/d91k01sh(VS.80).aspx)
對(duì)于這兩種方式，需要特別說明的是：
 第一、用.def文件導(dǎo)出的函數(shù)，其名稱是按我們的意愿定義的，而用__declspec(dellexport)導(dǎo)出時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的修飾名，具體的話，根據(jù)不同的編譯器其修飾名也不一樣。

 第二、__declspec(dllexport)定義的導(dǎo)出多用于同一編譯器的隱式鏈接（靜態(tài)調(diào)用），而.def導(dǎo)出函數(shù)可以確定導(dǎo)出的函數(shù)名不會(huì)因?yàn)椴煌木幾g器而不同，可用于其它開發(fā)工具的調(diào)用。

有了上面的知識(shí),我們?cè)倏碕NI環(huán)境下的問題。

JNI定義了關(guān)鍵字JNIEXPORT，用于實(shí)現(xiàn)DLL中函數(shù)的導(dǎo)出的。實(shí)際在JNI中，JNIEXPORT被定義為，#define JNIEXPORT __declspec(dllexport)，也就是說JNI默認(rèn)的導(dǎo)出函數(shù)使用dllexport方式。我們知道，使用使用dllexport方式產(chǎn)生的導(dǎo)出函數(shù)名會(huì)根據(jù)編譯器發(fā)生變化，在這種情況下，當(dāng)Java程序通過Native接口調(diào)用DLL本地方法時(shí)，可能會(huì)發(fā)生找不到導(dǎo)出函數(shù)的問題。所以，在JNI的情況下，因此最好是定義一個(gè).def文件來指明導(dǎo)出函數(shù)，以避免發(fā)生UnSatisfiedLinkedException錯(cuò)誤 。

static關(guān)鍵字，有兩個(gè)作用：
1) 作用于局部變量，定義該變量的存儲(chǔ)方式,就是我們常常說的靜態(tài)局部變量。
2) 作用于用于模塊內(nèi)聲明的變量和函數(shù)，用于指示其可見性。

先談?wù)勛兞亢秃瘮?shù)的可見性。在默認(rèn)的情況下，模塊內(nèi)聲明的變量和函數(shù)是全局可見的，如下:
BUILD的結(jié)果會(huì)報(bào)"multiply defined symbols found"
如果想避免這樣的錯(cuò)誤,需要使用static關(guān)鍵字。

不過好像如果你使用typedef，就不會(huì)出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤。
或者：
關(guān)于這一點(diǎn)，我想可能是typedef的作用域是限定在模塊內(nèi)的，所以沒有這個(gè)問題。這個(gè)使用VC和使用GCC都沒問題，不過我沒有查到官方的文檔。

最后一點(diǎn)，想說的是，關(guān)于static變量的生命周期。一般來說：static聲明的變量初始化，只是在程序運(yùn)行的第一次被執(zhí)行。不過有例外，那就是如果該變量定義在dll內(nèi)，那么該變量的初始化工作是在dll被裝載時(shí)執(zhí)行，在這種情況下，程序雖然只運(yùn)行一次，但是該靜態(tài)變量可能會(huì)被初始化好幾次(與dll被裝載的次數(shù)有關(guān)). 這個(gè)問題本質(zhì)上是:static聲明的變量的生命周期與包含它的組件相關(guān)。從這個(gè)意義上,我們可以說,static變量在不同的包含組件(EXE或DLL)上表現(xiàn)出不同行為，移植能力差，容易造成BUG，這樣的BUG也不容易發(fā)現(xiàn)。我們?cè)陂_發(fā)程序的時(shí)候，不可能去假設(shè)該靜態(tài)變量是被包含在什么樣的組件里。我想，這也是一個(gè)不鼓勵(lì)使用static變量的一個(gè)重要原因。

       Windows Native的c++應(yīng)用大量使用了DLL技術(shù)。"動(dòng)態(tài)鏈接"這幾字指明了DLLs是如何工作的。對(duì)于常規(guī)的函數(shù)庫，鏈接器從中拷貝它需要的所有庫函數(shù)，并把確切的函數(shù)地址傳送給調(diào)用這些函數(shù)的程序。而對(duì)于DLLs，函數(shù)儲(chǔ)存在一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件中。在創(chuàng)建Windows程序時(shí)，鏈接過程并不把DLLs文件鏈接到程序上。直到程 序運(yùn)行并調(diào)用一個(gè)DLLs中的函數(shù)時(shí)，該程序才要求這個(gè)函數(shù)的地址。此時(shí)Windows才在DLLs中尋找被調(diào)用函數(shù)，并把它的地址傳送給調(diào)用程序。采用這種方法，DLLs達(dá)到了復(fù)用代碼的極限。

      對(duì)于DLL, 關(guān)鍵一點(diǎn)是，所有run on windows system 的程序可以共用同一個(gè)DLL庫，從而達(dá)到最大限度的代碼復(fù)用。并且，由于DLL并不拷貝它需要的所有庫函數(shù) ， 這樣的話Native的C++程序 executable image size 會(huì)比較小。

      從modularity的角度，如果要在Java的應(yīng)用里尋找相對(duì)應(yīng)的DLL的概念，我們會(huì)自然地想到jar包。JAR包可以被 Class Loader動(dòng)態(tài)裝載進(jìn)JVM, 不過要幾點(diǎn)區(qū)別需要說明的是：

第一、從本質(zhì)上來講，JAR包是存在于磁盤上的一些data而已(由JVM解釋執(zhí)行)，而DLL是executable 的image。

第二、Class Data Sharing (CDS)作為一個(gè)新的feature,在Java5才被引入，其做法就是：把 system jar 文件打包成為"shared archive"，這些"shared archive"會(huì)作為memory-mapped in文件存在，共享于不同的JVM 進(jìn)程間，以減少JVM的footprint,加快Java應(yīng)用的啟動(dòng)時(shí)間。

            值得一提的是：兩者都有所謂的HELL問題(JAR HELL vs DLL HELL)，新老版本的兼容問題始終讓人頭疼。

詳見解釋：

http://en.wikipedia.org/wiki/DLL_hell

http://en.wikipedia.org/wiki/JAR_hell#JAR_hell

    

題目是這樣的：
問：不使用任何循環(huán)語句，遞歸，輸出打印n條(n>1) "Hello World"。
解這道題目，利用了c++語言一個(gè)非常重要的特性：
c++允許定義基于statck數(shù)據(jù)區(qū)的Object。由此，不由想到了Java.
在Java的世界里，所有的類型都是引用(或者稱為指針), 對(duì)象內(nèi)存的分配都是通過new從heap上顯式的分配，無法在Java里構(gòu)建基于statck數(shù)據(jù)區(qū)的對(duì)象。所以在Java里，這道題目是無解的。
Java之于c++,既是進(jìn)步，又是倒退。
Java語言本身的確幫助c++程序員做了很多事情，比如GC, 去掉了c++中很多復(fù)雜的特性，比如多重繼承，運(yùn)算符重載等。
同時(shí)，c++本身的很多優(yōu)點(diǎn)，也喪失了。 寫了c++, 然后再寫java,一個(gè)明顯的感覺是，沒法使用java寫出像c++一樣簡潔的程序。
比如， 沒有了運(yùn)算符重載， 你不得不使用equal方法來表達(dá)兩個(gè)對(duì)象的相等。
Java不能顯式表達(dá)RAII概念，你不得不使用hard code的方法Log方法的進(jìn)入和退出， 如：
func() {
log("enter func");
//do something.
log("exit func");
}

我在IBM dwWorks上發(fā)了一篇關(guān)于Monitor Object 并發(fā)設(shè)計(jì)模式的文章。

Monitor Object 并發(fā)模式在 Java 同步機(jī)制中的實(shí)現(xiàn)。 里面用了很多C++的設(shè)計(jì)行為，來討論Java的Monitor Object.
感興趣的話，歡迎訪問
以下是摘要：

文章將從兩個(gè)方面進(jìn)行闡述:

1. 使用 C++ 語言來描述 Monitor Object 設(shè)計(jì)模式。Java 對(duì)于這樣一個(gè)典型的模式做了很好的語言層面的封裝，因此對(duì)于 Java 的開發(fā)者來說，很多關(guān)于該模式本身的東西被屏蔽掉了。本文試圖使用 Native C++ 語言，幫助讀者從本質(zhì)上對(duì) Monitor object 設(shè)計(jì)模式有一個(gè)更全面的認(rèn)識(shí)。
2. 結(jié)合 C++ 版本的 Monitor Object 設(shè)計(jì)模式，引領(lǐng)讀者對(duì)于 Java 同步機(jī)制有一個(gè)更深刻的認(rèn)識(shí)，幫助讀者正確有效地使用 Java 同步機(jī)制。

        一般來講， 在服務(wù)器上，如果有足夠的資源，Winsock server，理論上可以支持成千的并發(fā)連接。而現(xiàn)實(shí)是，我們沒有足夠的資源可供使用，分配。本文主要來討論一下內(nèi)存資源之于Winsock server開發(fā)的重要性。
一）基本概念。
-> Pages,Locked Pages.
        在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理會(huì)把主存(RAM)分成Pages來管理。 Paging(或者swapping）指的是主存與外存之間以Page為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。Locked Pages指的是被鎖定在主存中的內(nèi)存頁，以保證一些內(nèi)核組件,driver可以訪問到它們。windows一定會(huì)保證一定數(shù)量的可交換的內(nèi)存空間，防止一些非法程序鎖定所有的物理內(nèi)存，而致使系統(tǒng)崩潰。在windows NT, windows 2000上，可鎖定的內(nèi)存總的大小上限大概是物理內(nèi)存的1/8(當(dāng)然對(duì)于程序的開發(fā)人員，不應(yīng)該對(duì)這個(gè)值進(jìn)行任何的假設(shè)，這個(gè)值可能會(huì)隨著操作系統(tǒng)本版的變化而變化)。在Winsock應(yīng)用開發(fā)過程中，以overlapped方式讀寫IO操作，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存被鎖定。
-> working set
        在程序開始運(yùn)行，并達(dá)到其穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)（主要指的是其對(duì)內(nèi)存的使用），在這個(gè)狀態(tài)下，程序使用內(nèi)存的數(shù)量一般小于其需要使用內(nèi)存的總量。這樣一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，我們可以稱為working set: 被該程序頻繁訪問的內(nèi)存頁的集合。在windows上，你可以使用SetWorkingSetSize Win32 API來增加程序使用物理內(nèi)存的數(shù)量。
-> non-paged pool
       不可交換的內(nèi)存。這主要指以non-paged的方式分配的內(nèi)存，這些內(nèi)存就像locked pages一樣，是從來不會(huì)被交換出去的，用來存放一些由內(nèi)核組件,driver訪問的信息。 在Winsock應(yīng)用開發(fā)過程中，以下的操作可能導(dǎo)致分配non-paged內(nèi)存。
1) 調(diào)用系統(tǒng)一些系統(tǒng)的API，例如打開文件，create socket，等，都會(huì)導(dǎo)致從non-paged pool分配內(nèi)存。
2) 一些driver可以顯式地從該區(qū)域分配內(nèi)存。
二) Winsock server上Locked Pages使用。
        我們提到過，任何的overlapped IO操作，都會(huì)導(dǎo)致鎖定內(nèi)存頁。這些內(nèi)存頁一旦被locked,就不會(huì)被交換出去。我們知道，windows操作系統(tǒng)對(duì)最大的可鎖定內(nèi)存頁做了一個(gè)上限，如果超出這個(gè)上限，overlapped IO調(diào)用將會(huì)導(dǎo)致WSAENOBUFS錯(cuò)誤。
        考慮下面的情況，如果server在每個(gè)連接上會(huì)發(fā)出很多的overlapped receives操作，那么，隨著連接數(shù)目的增多，很明顯，被鎖定的內(nèi)存數(shù)量很有可能達(dá)到上限而導(dǎo)致WSAENOBUFS錯(cuò)誤。在這種情況下，如果服務(wù)器預(yù)期會(huì)處理大數(shù)量的客戶端連接，則需要服務(wù)器在每個(gè)連接上發(fā)出zero-byte buffer的overlapped接收請(qǐng)求(這種情況下，因?yàn)閠he size of buffer is zero,所以沒有任何內(nèi)存被鎖定)，一旦overlapped接收操作完成，server可以以non-blocking方式執(zhí)行receive操作，以取得所有緩存在so_rcvbuf中的數(shù)據(jù)，直到返回WSAEWOULDBLOCK為止。
        另外需要注意的是，windows在page的邊界上對(duì)內(nèi)存進(jìn)行鎖定，在x86平臺(tái)上，它是4kb的整數(shù)倍。所以，假如你post了一個(gè)1 KB buffer，而系統(tǒng)真實(shí)鎖定的是4 KB 的大小，為了避免這樣的浪費(fèi)，盡量用4kb的整數(shù)做overlapped  IO操作。
三) Winsock server上non-paged pool使用。
        同Locked Pages限制一樣，windows對(duì)non-paged pool也有一個(gè)最大的限制。并且，當(dāng)你的應(yīng)用出現(xiàn)這個(gè)問題的時(shí)候，超出它的最大限制數(shù)，情況要遠(yuǎn)比Locked Pages復(fù)雜。這種情況下，后果是不確定的，有可能你的Winsock調(diào)用返回WSAENOBUFS錯(cuò)誤，也有可能，在系統(tǒng)中，一個(gè)和你的應(yīng)用毫無關(guān)聯(lián)的driver由于申請(qǐng)不到non-paged內(nèi)存而致使system crash。而這樣的災(zāi)難，是沒法恢復(fù)的。
        考慮一個(gè)具體的例子：我們假設(shè)在windows2000上,系統(tǒng)有1 GB內(nèi)存。這樣的配置下，windows大概會(huì)預(yù)留1/4的空間用作non-paged pool(同樣，對(duì)于程序的開發(fā)人員，不應(yīng)該對(duì)這個(gè)值進(jìn)行任何的假設(shè))，即：256MB。這樣的配置下，保守估計(jì)，我們的Winsock server能夠處理到大概50,000連接，或者更多。(每個(gè)accepted socket大概消耗1.5kb，每個(gè)連接上post一個(gè)overlapped操作，分配一個(gè)IRP,大概需要500 byte, 總計(jì)：(1500+500)*50,000 = 100 Mb) 。
       無論是對(duì)于Locked Pages，還是對(duì)于non-paged pool使用，一旦超出了上限，Winsock調(diào)用僅僅會(huì)返回一般的WSAENOBUFS 或者ERROR_INSUFFICIENT_RESOURCES錯(cuò)誤。為了處理這些錯(cuò)誤，你可以試試以下的方法：
1） 需要首先調(diào)用SetWorkingSetSize,增加應(yīng)用的可支配資源數(shù)，看能否解決。
2)     確信你的應(yīng)用沒有做出太多的overlapped  IO操作。
3） 關(guān)閉一些連接數(shù)。
四) SOCKET的緩沖區(qū)設(shè)置問題。
         Winsock在默認(rèn)的情況下，每個(gè)socket都會(huì)與一個(gè)send和receive buffer相關(guān)聯(lián)。你可以通過調(diào)用setsockopt來設(shè)置buffer的大小。
        在緩沖區(qū)沒有被關(guān)閉的情況下，我們看看overlapped send和revc是怎么工作的。
        當(dāng)上層的應(yīng)用做出了send調(diào)用，而這時(shí)如果send buffer還有剩余的空間，那么數(shù)據(jù)將會(huì)從用戶提交的buffer復(fù)制到send buffer中，然后調(diào)用返回成功。否則，假如這時(shí)send buffer已滿，用戶提交的buffer將會(huì)被鎖定，并且調(diào)用返回WSA_IO_PENDING。當(dāng)send buffer的數(shù)據(jù)被下層的tcp處理完成，winsock將直接處理用戶提交的buffer里的數(shù)據(jù)，而不需要再復(fù)制。
        同樣，對(duì)于recv操作，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)被緩存在socket的receive buffer里，當(dāng)發(fā)生recv調(diào)用的時(shí)候，數(shù)據(jù)將直接從socket的receive buffer復(fù)制到用戶的buffer里，recv調(diào)用返回成功。否則，假如發(fā)生調(diào)用時(shí)receive buffer里沒有數(shù)據(jù)，用戶提交的buffer將會(huì)被鎖定，recv調(diào)用返回WSA_IO_PENDING。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)當(dāng)前連接，將會(huì)被直接復(fù)制到用戶提交的buffer里。
        一個(gè)應(yīng)用程序通過設(shè)定send buffer為0，把緩沖區(qū)關(guān)閉，然后發(fā)出一個(gè)阻塞send()調(diào)用。在這樣的情況下，系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)把應(yīng)用程序的緩沖區(qū)鎖定，直到接收方確認(rèn)收到了整個(gè)緩沖區(qū)后send()調(diào)用才返回。似乎這是一種判定你的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)為對(duì)方全部收到的簡潔的方法，實(shí)際上卻并非如此。想想看，即使遠(yuǎn)端tcp通知數(shù)據(jù)已經(jīng)收到，其實(shí)也根本不代表數(shù)據(jù)已經(jīng)成功送給客戶端應(yīng)用程序，比如對(duì)方可能發(fā)生資源不足的情況，導(dǎo)致afd.sys不能把數(shù)據(jù)拷貝給應(yīng)用程序。另一個(gè)更要緊的問題是，在每個(gè)線程中每次只能進(jìn)行一次發(fā)送調(diào)用，效率極其低下。
        另外，希望通過關(guān)閉Winsock緩沖區(qū)，從而避免數(shù)據(jù)復(fù)制，達(dá)到優(yōu)化性能的目的，也是不可取的。從上面，我們看到：只要應(yīng)用保證適量的，足夠的send, recv調(diào)用，這樣的復(fù)制是完全可以避免的。
        高性能的服務(wù)器應(yīng)用程序可以關(guān)閉發(fā)送緩沖區(qū)，同時(shí)不會(huì)損失性能。不過，這樣的應(yīng)用程序必須十分小心，保證它總是發(fā)出多個(gè)重疊發(fā)送調(diào)用，而不是等待某個(gè)重疊發(fā)送結(jié)束了才發(fā)出下一個(gè)。如果應(yīng)用程序是按一個(gè)發(fā)完再發(fā)下一個(gè)的順序來操作，那浪費(fèi)掉兩次發(fā)送中間的空檔時(shí)間，總之是要保證傳輸驅(qū)動(dòng)程序在發(fā)送完一個(gè)緩沖區(qū)后，立刻可以轉(zhuǎn)向另一個(gè)緩沖區(qū)。
        如果關(guān)閉了recv buffer，在你的應(yīng)用沒有保證足夠的recv操作前提下，任何進(jìn)來數(shù)據(jù)，必須在TCP層進(jìn)行緩存，最大緩存的數(shù)量將取決于tcp windows的大小(17Kb)。而最為嚴(yán)重的是這些緩存是從non-paged pool分配而來。如上所述，non-paged pool是非常珍貴，稀缺的內(nèi)存。所以，從這個(gè)意義上來講，關(guān)閉了recv buffer操作是不可取的。
    這是2007年最后一篇帖子，最后祝大家新年快樂，過個(gè)好年！！！

四、c++中的多態(tài)規(guī)則。
一） c++中函數(shù)動(dòng)態(tài)綁定規(guī)則。
看下面的例子：

類TextWindow繼承與類Window。我想程序運(yùn)行的結(jié)果，大多數(shù)熟悉C++的人都會(huì)知道，
win.oops()最終調(diào)用的是父類oops函數(shù)，而tWin->oops()調(diào)用的是子類TextWindow的函數(shù)。
通過這個(gè)例子，我們先總結(jié)一下c++中的多態(tài)調(diào)用規(guī)則：
第一、對(duì)于指針和引用類型，當(dāng)消息調(diào)用的成員函數(shù)有可能被重寫時(shí)，最終被選擇調(diào)用的成員函數(shù)由消息接收者的動(dòng)態(tài)類型確定(注意：在OO概念中，對(duì)某個(gè)對(duì)象成員函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，常常稱為給該對(duì)象發(fā)送消息，該對(duì)象就是消息的接收者）。
      如上例：tWin->oops(),由于tWin的動(dòng)態(tài)類型是子類TextWindow,而不是Windows,所以tWin->oops()調(diào)用的是子類TextWindow的函數(shù)。
第二、對(duì)于其它的變量，對(duì)虛擬函數(shù)調(diào)用綁定完全由該變量的靜態(tài)類型確定（即該變量的聲明），而不是該變量的真實(shí)類型確定。
     如上例：win.oops(),由于win的聲明類型為Window類,所以其結(jié)果調(diào)用的是父類oops函數(shù)。
二） 探討。
     接下來，我們要看的問題是，在c++中，為什么對(duì)于多態(tài)規(guī)則(或者說是動(dòng)態(tài)函數(shù)綁定規(guī)則)，做出了兩中不同的劃分，即：只有指針與引用類型，才進(jìn)行函數(shù)的后期動(dòng)態(tài)綁定，也就是多態(tài)。這或許也是許多c++初學(xué)者非常迷惑的地方。這種規(guī)則的不一致性，的確給c++的語法造成一定的復(fù)雜性。而這在Java，或者C#中是沒有的，后面我們會(huì)涉及到。
      我們先來看例子。 

      在這里,如果我們假設(shè)，c++的函數(shù)動(dòng)態(tài)綁定規(guī)則是一致的，看看會(huì)發(fā)生什么問題???
      現(xiàn)在win被聲明為Window類型，然而其真實(shí)的類型為TextWindow(因?yàn)閣in=*tWinPtr),由于我們的假設(shè)，win現(xiàn)在是允許進(jìn)行動(dòng)態(tài)函數(shù)綁定的，所以當(dāng)執(zhí)行win.oops()時(shí)，實(shí)際上是調(diào)用子類TextWindow的成員函數(shù)。
     現(xiàn)在，我們有必要來審視一下win變量的內(nèi)存布局。由于win變量是在棧上聲明的變量，其內(nèi)存也是從棧進(jìn)行分配（這是c++從c語言那里繼承過來的優(yōu)良特質(zhì)，從棧上分配內(nèi)存空間比動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存有更好的執(zhí)行速度），c++標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：給win變量分配內(nèi)存空間的大小，由其靜態(tài)的類型確定，即應(yīng)該是Window類所使用的內(nèi)存空間大小。在這種情況下，當(dāng)執(zhí)行win=*tWinPtr時(shí)，什么會(huì)發(fā)生？如下圖：

在默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)情況下，信息會(huì)出現(xiàn)丟失，這就是著名的slicing off現(xiàn)象。結(jié)果，變量cursorLocation在win的內(nèi)存空間里丟失了。然而，問題是：在我們假設(shè)下，我們要求win.oops()導(dǎo)致TextWindow的成員函數(shù)調(diào)用，而在這個(gè)函數(shù)中，訪問到的cursorLocation變量是不存在！win.oops()調(diào)用將導(dǎo)致內(nèi)存違例！
      到這里，我們可以總結(jié)一下：c++標(biāo)準(zhǔn)基于的其特定的內(nèi)存分配規(guī)則，給出了以上，我們?cè)谇耙还?jié)總結(jié)出的函數(shù)動(dòng)態(tài)綁定規(guī)則。
三） 深入。
      當(dāng)然，我們也可以說，c++也可以通過改變其內(nèi)存分配規(guī)則，來給出一個(gè)一致性的函數(shù)動(dòng)態(tài)綁定規(guī)則。比如：可以考慮在給win變量分配內(nèi)存空間時(shí)，考慮其所有子類需求，然后分配最大數(shù)量的內(nèi)存空間給win變量。這種做法可行性很差，對(duì)于編譯器而言，需要掃描整個(gè)程序(確定該類的所有子類)，才能確定最大的內(nèi)存空間是多少。在使用類庫或者框架的情況下，會(huì)引起整個(gè)類庫，框架的重新編譯，這是得不償失的！而這種做法，在oo的語言中，基本上是沒有的。這也是c++不得不基于其現(xiàn)有的內(nèi)存管理機(jī)制，而對(duì)多態(tài)規(guī)則作出的不一致的解釋。
    對(duì)于這個(gè)c++現(xiàn)有的內(nèi)存管理機(jī)制,我們?nèi)绻麖牧硗饨嵌热ダ斫獾脑?是很合理的。當(dāng)win=*tWinPtr發(fā)生
時(shí)，我們可以類似地認(rèn)為：好比一個(gè)float類型的數(shù)賦給了一個(gè)interger類型的變量，其結(jié)果當(dāng)然是float的值被截?cái)嗔恕?br>    我們?cè)賮砜雌渌Z言，Java（或者C#）是怎么解決的。
    最重要的一點(diǎn)是，在Java(C#)中只有引用的概念，所以在棧上聲明的類的變量，只需要分配一個(gè)指針大小的內(nèi)存空間就行了，而不需要給該變量分配空間來保存變量內(nèi)容本身，這其實(shí)就是我們現(xiàn)在看到的c++中指針和引用的情況。
    

 

        C++之父Bjarne stroustrup曾經(jīng)說過：不需要了解所有的c++細(xì)節(jié)，也能夠?qū)懗龊玫腸++程序；不應(yīng)該注重語言方面的特征，而應(yīng)該注重軟件設(shè)計(jì)技術(shù)本身。很顯然，我的這篇文章，與這兩句話背道而馳:).的確，我們程序員，不應(yīng)該把精力放在c++本身語言的特征上，而是應(yīng)該思考軟件設(shè)計(jì)技術(shù)本身。那么，在我們需要提高對(duì)c++理解的同時(shí)，是不是我們從下面幾個(gè)方面為著眼點(diǎn)
1） 從編譯原理的角度
2） 從技術(shù)需求的角度
3） 從軟件設(shè)計(jì)技術(shù)的角度
從以上的幾個(gè)角度，來重新審視c++一些晦澀語法，或許，我們能從中獲益。在這里，我要說的是，我們不單單是要記住這些c++語言特性怎么樣的使用，而是應(yīng)該知道這些語言特性背后隱藏的故事，以便于我們更深層次地理解c++,理解軟件設(shè)計(jì)。
一、子類通過函數(shù)名字隱藏父類函數(shù)。
如下例：

         當(dāng)我們編譯pd->f(10)操作時(shí)，編譯器報(bào)錯(cuò)。按照我們常規(guī)的理解是：父類的函數(shù)void f(int x)與子類的函數(shù)void f(double*pd)，由于參數(shù)類型不同，其函數(shù)簽名也是不一樣的，按照這樣的邏輯，在這個(gè)類繼承體系中，這兩個(gè)函數(shù)完全應(yīng)該是互不隱藏的，我們完全可以認(rèn)為是符合overloaded規(guī)則的兩個(gè)函數(shù)。
        但是，在c++里，子類通過函數(shù)名字隱藏父類函數(shù)，而不是通過函數(shù)簽名！c++給出的解釋也是合理的：試想一種情況：你使用了別人寫的類庫，繼承其中的某個(gè)類，寫了你自己的子類。
如上面的例子，你的子類就是Derived,而類庫中的父類就是Base.當(dāng)你根本不知道在父類中還有這樣一個(gè)f(int x)函數(shù)時(shí)，在調(diào)用子類Derived的f函數(shù)時(shí)，你犯了錯(cuò)誤，參數(shù)類型傳成了int類型（或者不是你犯的錯(cuò)誤，編譯器幫你自動(dòng)轉(zhuǎn)化為int類型），結(jié)果是：程序可以正常運(yùn)行，但是，執(zhí)行的結(jié)果卻不是你所期望的，是f(int x)調(diào)用，而不是你自己的實(shí)現(xiàn)：f（double* pd)調(diào)用！
         這就是c++為什么通過函數(shù)名字隱藏父類函數(shù)的原因。
        說到這里，我們需要補(bǔ)充幾句：雖然c++在語言層面上給我們提供了這樣的保證，但是，子類hide父類的函數(shù)，這是一個(gè)非常不好的設(shè)計(jì)。從OO的角度出發(fā)，應(yīng)該講求的是Liskov Substitution Principle。即：suntypes must be substitutable fro their base types.很顯然，當(dāng)hide行為發(fā)生時(shí)，從接口的角度來講，子類與父類是不能互為替代的。父類的protected or public的方法，應(yīng)該很自然地由其所有子類所繼承，而不是被隱藏。隱藏行為的發(fā)生，相當(dāng)于在這套繼承體系中開的一個(gè)后門。很顯然，C++幫助我們自動(dòng)隱藏了父類的方法，但是，作為程序開發(fā)的我們，應(yīng)該意識(shí)到這一點(diǎn)，也應(yīng)該避免這樣的設(shè)計(jì)。
二、c++的per-class allocator語法規(guī)則
          在D&E of C++一書中，Stroustrup給出了幾點(diǎn)c++提供per-class allocator的理由，這些理由也是我們使用class level的allocator的原因，所以，有必要我們總結(jié)一下：
第一、許多程序應(yīng)用，需要在運(yùn)行的過程中，大量地Create和Delete對(duì)象。這些對(duì)象，諸如：tree nodes,linked list nodes，messages等等。如果在傳統(tǒng)的heap完成這些對(duì)象的創(chuàng)建，銷毀，由于大量的內(nèi)存申請(qǐng)，釋放，勢必會(huì)造成內(nèi)存碎片。這種情況下，我們需要對(duì)內(nèi)存分配進(jìn)行細(xì)粒度的控制。
第二、一些應(yīng)用需要長時(shí)間跑在內(nèi)存受限的裝置上，這也需要我們對(duì)內(nèi)存分配進(jìn)行細(xì)粒度的控制，而不是無限制地分配，釋放。
主要基于以上的兩點(diǎn)，c++提供了per-class allocator語言支持。
如下例：

      new操作符函數(shù)負(fù)責(zé)對(duì)象X的內(nèi)存分配。對(duì)這樣一個(gè)語法規(guī)則，我們好奇的是，為什么聲明了一個(gè)我們從來都不使用的參數(shù)size_t sz.我們的使用語法如下： X* px = new X;
C++也給出了解釋：per-class allocator機(jī)制將適用整個(gè)類的繼承體系。例如：

        對(duì)于子類Y,其內(nèi)存分配函數(shù)也是X::operator new()。但是，在這里，內(nèi)存分配的大小，不應(yīng)該是sizeof(X),而是sizeof(Y).問題的關(guān)鍵在這里：C++通過提供多余的參數(shù)size_t sz，而給開發(fā)者提供了更大的靈活性，也即：per-class allocator是面向類的繼承體系的內(nèi)存管理機(jī)制，而不單單是面向單個(gè)類。
三、Koenig Lookup機(jī)制。
        大家對(duì)Andrew Koenig應(yīng)該很熟悉，c++大牛，是AT&T公司Shannon實(shí)驗(yàn)室大規(guī)模編程研究部門中的成員，同時(shí)他也是C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的項(xiàng)目編輯。他擁有超過30年的編程經(jīng)驗(yàn)，其中有15年的C++使用經(jīng)驗(yàn)。
        Koenig Lookup，就是以Andrew Koenig命名的查找規(guī)則。在看這個(gè)定義之前，我們先弄清楚函數(shù)所在的域的分類，一般來講，分為：
1：類域（函數(shù)作為某個(gè)類的成員函數(shù)（靜態(tài)或非靜態(tài)））
2：名字空間域
3：全局域（即C++默認(rèn)的namespace)
        而Koenig Lookup機(jī)制，就是當(dāng)編譯器對(duì)無限定域的函數(shù)調(diào)用進(jìn)行名字查找時(shí)，除了當(dāng)前名字空間域以外，也會(huì)把函數(shù)參數(shù)類型所處的名字空間加入查找的范圍。
如下例：

       如上的代碼，使用operator<<操作符函數(shù)，打印對(duì)象的狀態(tài)，但是函數(shù)ostream& operator<<(ostream& out, const MyArg& myArg) 的定義域是處于名字空間Koenig中，為什么編譯器在解析main函數(shù)（全局域）里面的operator<<調(diào)用時(shí)，它能夠正確定位到Koenig名字空間里面的operator<<？這是因?yàn)楦鶕?jù)Koenig查找規(guī)則，編譯器需要把參數(shù)類型MyArg所在的名字空間Koenig也加入對(duì)ostream& operator<<(ostream& out, const MyArg& myArg) 調(diào)用的名字查找范圍中。
        如果沒有Koenig查找規(guī)則，我們就無法直接寫cout<<myArg;，而是需要寫類似Koenig::operator<<(std::cout, myArg); 這樣的代碼（使用完全限定名）。這樣的結(jié)果是，即不直觀也不方便。

        其實(shí)在C++里，提供了很多類似于Koenig查找規(guī)則的機(jī)制，以保證程序語法上的簡潔，明了。例如：許多的操作符函數(shù)，COPY構(gòu)造函數(shù)。而這些，也是我們寫出專業(yè)的C++程序的基本。
未完待續(xù):)

 

 

 

         本文主要探討一下windows平臺(tái)上的完成端口開發(fā)及其與之相關(guān)的幾個(gè)重要的技術(shù)概念，這些概念都是與基于IOCP的開發(fā)密切相關(guān)的，對(duì)開發(fā)人員來講，又不得不給予足夠重視的幾個(gè)概念:
1) 基于IOCP實(shí)現(xiàn)的服務(wù)吞吐量
2）IOCP模式下的線程切換
3）基于IOCP實(shí)現(xiàn)的消息的亂序問題。
一、IOCP簡介
    提到IOCP，大家都非常熟悉，其基本的編程模式，我就不在這里展開了。在這里我主要是把IOCP中所提及的概念做一個(gè)基本性的總結(jié)。IOCP的基本架構(gòu)圖如下：
 

如圖所示：在IOCP中，主要有以下的參與者：
--》完成端口：是一個(gè)FIFO隊(duì)列，操作系統(tǒng)的IO子系統(tǒng)在IO操作完成后，會(huì)把相應(yīng)的IO packet放入該隊(duì)列。
--》等待者線程隊(duì)列：通過調(diào)用GetQueuedCompletionStatus API，在完成端口上等待取下一個(gè)IO packet。
--》執(zhí)行者線程組：已經(jīng)從完成端口上獲得IO packet，在占用CPU進(jìn)行處理。
除了以上三種類型的參與者。我們還應(yīng)該注意兩個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系，即：
--》IO Handle與完成端口相關(guān)聯(lián)：任何期望使用IOCP的方式來處理IO請(qǐng)求的，必須將相應(yīng)的IO Handle與該完成端口相關(guān)聯(lián)。需要指出的時(shí)，這里的IO Handle，可以是File的Handle,或者是Socket的Handle。
--》線程與完成端口相關(guān)聯(lián)：任何調(diào)用GetQueuedCompletionStatus API的線程，都將與該完成端口相關(guān)聯(lián)。在任何給定的時(shí)候，該線程只能與一個(gè)完成端口相關(guān)聯(lián)，與最后一次調(diào)用的GetQueuedCompletionStatus為準(zhǔn)。
二、高并發(fā)的服務(wù)器(基于socket)實(shí)現(xiàn)方法
        一般來講，實(shí)現(xiàn)基于socket的服務(wù)器，有三種實(shí)現(xiàn)的方式(thread per request的方式，我就不提了:))：
第一、線程池的方式。使用線程池來對(duì)客戶端請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)。使用這種方式時(shí)，當(dāng)客戶端對(duì)服務(wù)器的連接是短連接（所謂的短連接，即：客戶端對(duì)服務(wù)器不是長時(shí)間連接）時(shí)，是可以考慮的。但是，如若客戶端對(duì)服務(wù)器的連接是長連接時(shí)，我們需要限制服務(wù)器端的最大連接數(shù)目為線程池線程的最大數(shù)目，而這應(yīng)用的設(shè)計(jì)本身來講，是不好的設(shè)計(jì)方式，scalability會(huì)存在問題。
第二、基于Select的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。其本質(zhì)是，使用Select(操作系統(tǒng)提供的API)來監(jiān)視連接是否可讀，可寫，或者是否出錯(cuò)。相比于前一種方式，Select允許應(yīng)用使用一個(gè)線程(或者是有限幾個(gè)線程)來監(jiān)視連接的可讀寫性。當(dāng)有連接可讀可寫時(shí)，應(yīng)用可以以non-bolock的方式讀寫socket上的數(shù)據(jù)。使用Select的方式的缺點(diǎn)是，當(dāng)Select所監(jiān)視的連接數(shù)目在千的數(shù)量級(jí)時(shí)，性能會(huì)打折扣。這是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)內(nèi)核需要在內(nèi)部對(duì)這些Socket進(jìn)行輪詢，以檢查其可讀寫性。另一個(gè)問題是：應(yīng)用必須在處理完所有的可讀寫socket的IO請(qǐng)求之后，才能再次調(diào)用Select,進(jìn)行下一輪的檢查，否則會(huì)有潛在的問題。這樣，造成的結(jié)果是，對(duì)一些請(qǐng)求的處理會(huì)出現(xiàn)饑餓的現(xiàn)象。
        一般common的做法是Select結(jié)合Leader-Follower設(shè)計(jì)模式使用。不過不管怎樣，Select的本質(zhì)造成了其在Scalability的問題是不如IOCP，這也是很多high-scalabe的服務(wù)器采用IOCP的原因。
第三、IOCP實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的服務(wù)器。IOCP是實(shí)現(xiàn)high-scalabe的服務(wù)器的首選。其特點(diǎn)我們專門在下一小姐陳述。
三、IOCP開發(fā)的幾個(gè)概念
第一、服務(wù)器的吞吐量問題。
      我們都知道，基于IOCP的開發(fā)是異步IO的，也正是這一技術(shù)的本質(zhì)，決定了IOCP所實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器的高吞吐量。
       我們舉一個(gè)及其簡化的例子，來說明這一問題。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的開發(fā)過程中，影響其性能吞吐量的，有很多因素，在這里，我們只是把關(guān)注點(diǎn)放在兩個(gè)方面，即：網(wǎng)絡(luò)IO速度與Disk IO速度。我們假設(shè)：在一個(gè)千兆的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，我們的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的極限是大概125M/s，而Disk IO的速度是10M/s。在這樣的前提下，慢速的Disk 設(shè)備會(huì)成為我們整個(gè)應(yīng)用的瓶頸。我們假設(shè)線程A負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)寫入Disk。如果對(duì)Disk的寫入是同步的，那么線程A在等待寫完Disk的過程是不能再從網(wǎng)絡(luò)上接受數(shù)據(jù)的，在寫入Disk的時(shí)間內(nèi)，我們可以認(rèn)為這時(shí)候Server的吞吐量為0(沒有接受新的客戶端請(qǐng)求)。對(duì)于這樣的同步讀寫Disk，一些的解決方案是通過增加線程數(shù)來增加服務(wù)器處理的吞吐量，即：當(dāng)線程A從網(wǎng)絡(luò)上接受數(shù)據(jù)后，驅(qū)動(dòng)另外單獨(dú)的線程來完成讀寫Disk任務(wù)。這樣的方案缺點(diǎn)是：需要線程間的合作，需要線程間的切換（這是另一個(gè)我們要討論的問題）。而IOCP的異步IO本質(zhì)，就是通過操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持，允許線程A以非阻塞的方式向IO子系統(tǒng)投遞IO請(qǐng)求，而后馬上從網(wǎng)絡(luò)上讀取下一個(gè)客戶端請(qǐng)求。這樣，結(jié)果是：在不增加線程數(shù)的情況下，IOCP大大增加了服務(wù)器的吞吐量。說到這里，聽起來感覺很像是DMA。的確，許多軟件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，在本質(zhì)上，與硬件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是相通的。另外一個(gè)典型的例子是硬件的流水線技術(shù)，同樣，在軟件領(lǐng)域，也有很著名的應(yīng)用。好像話題扯遠(yuǎn)了，呵呵:)
第二、線程間的切換問題。
         服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，通過引入IOCP，會(huì)大大減少Thread切換帶來的額外開銷。我們都知道，對(duì)于服務(wù)器性能的一個(gè)重要的評(píng)估指標(biāo)就是：System\Context Switches，即單位時(shí)間內(nèi)線程的切換次數(shù)。如果在每秒內(nèi)，線程的切換次數(shù)在千的數(shù)量級(jí)上，這就意味著你的服務(wù)器性能值得商榷。Context Switches/s應(yīng)該越小越好。說到這里，我們來重新審視一下IOCP。
     完成端口的線程并發(fā)量可以在創(chuàng)建該完成端口時(shí)指定（即NumberOfConcurrentThreads參數(shù)）。該并發(fā)量限制了與該完成端口相關(guān)聯(lián)的可運(yùn)行線程的數(shù)目(就是前面我在IOCP簡介中提到的執(zhí)行者線程組的最大數(shù)目)。當(dāng)與該完成端口相關(guān)聯(lián)的可運(yùn)行線程的總數(shù)目達(dá)到了該并發(fā)量，系統(tǒng)就會(huì)阻塞任何與該完成端口相關(guān)聯(lián)的后續(xù)線程的執(zhí)行，直到與該完成端口相關(guān)聯(lián)的可運(yùn)行線程數(shù)目下降到小于該并發(fā)量為止。最有效的假想是發(fā)生在有完成包在隊(duì)列中等待，而沒有等待被滿足，因?yàn)榇藭r(shí)完成端口達(dá)到了其并發(fā)量的極限。此時(shí)，一個(gè)正在運(yùn)行中的線程調(diào)用GetQueuedCompletionStatus時(shí)，它就會(huì)立刻從隊(duì)列中取走該完成包。這樣就不存在著環(huán)境的切換，因?yàn)樵撎幱谶\(yùn)行中的線程就會(huì)連續(xù)不斷地從隊(duì)列中取走完成包，而其他的線程就不能運(yùn)行了。
     完成端口的線程并發(fā)量的建議值就是你系統(tǒng)CPU的數(shù)目。在這里，要區(qū)分清楚的是，完成端口的線程并發(fā)量與你為完成端口創(chuàng)建的工作者線程數(shù)是沒有任何關(guān)系的，工作者線程數(shù)的數(shù)目，完全取決于你的整個(gè)應(yīng)用的設(shè)計(jì)（當(dāng)然這個(gè)不宜過大，否則失去了IOCP的本意:)）。
第三、IOCP開發(fā)過程中的消息亂序問題。
     使用IOCP開發(fā)的問題在于它的復(fù)雜。我們都知道，在使用TCP時(shí)，TCP協(xié)議本身保證了消息傳遞的次序性，這大大降低了上層應(yīng)用的復(fù)雜性。但是當(dāng)使用IOCP時(shí)，問題就不再那么簡單。如下例：
  
       三個(gè)線程同時(shí)從IOCP中讀取Msg1, Msg2,與Msg3。由于TCP本身消息傳遞的有序性，所以，在IOCP隊(duì)列內(nèi)，Msg1-Msg2-Msg3保證了有序性。三個(gè)線程分別從IOCP中取出Msg1,Msg2與Msg3,然后三個(gè)線程都會(huì)將各自取到的消息投遞到邏輯層處理。在邏輯處理層的實(shí)現(xiàn)，我們不應(yīng)該假定Msg1-Msg2-Msg3順序，原因其實(shí)很簡單，在Time 1~Time 2的時(shí)間段內(nèi)，三個(gè)線程被操作系統(tǒng)調(diào)度的先后次序是不確定的，所以在到達(dá)邏輯處理層，
Msg1,Msg2與Msg3的次序也就是不確定的。所以，邏輯處理層的實(shí)現(xiàn)，必須考慮消息亂序的情況，必須考慮多線程環(huán)境下的程序?qū)崿F(xiàn)。
        在這里，我把消息亂序的問題單列了出來。其實(shí)在IOCP的開發(fā)過程中，相比于同步的方式，應(yīng)該還有其它更多的難題需要解決，這也是與Select方式相比，IOCP的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高。
結(jié)束語：
    ACE的Proactor Framework， 對(duì)windows平臺(tái)的IOCP做了基于Proactor設(shè)計(jì)模式的，面向?qū)ο蟮姆庋b，這在一定程度上簡化了應(yīng)用開發(fā)的難度，是一個(gè)很好的異步IO的開發(fā)框架，推薦學(xué)習(xí)使用。 
Reference:
    Microsoft Technet,Inside I/O Completion Ports