Lua 中避免低效解析 TCP 网络数据包体的一种方式（续）

上一篇避免通过拼接字符串作为接收数据的缓冲区，解决办法是通过一个 Lua 模块来获取接收后的完整数据，若没有完整数据则读取 socket ，若还没有完整数据则 sleep 一小会儿，然后再尝试。了解过 Lua 或用过 skynet 可知，使用 coroutine 可以实现 sock:read(1000) 这种同步的写法但实际是异步的方式读取 1000 字节数据，当网络连接正常时，函数 read 只有在接收了指定字节数后的数据后才会返回。这里不讨论如何在等待网络数据到达时使当前的 coroutine 让出执行，而在 socket 读取到数据后再将此 coroutine 唤醒。这里讨论如何在 Lua 中实现一个相对高效的数据缓冲区，通过 local bytes = sock:read(2); local data = sock:read(bytes) 这种方式解包，获取接收到的完整数据。这种方式和前面一种方式的不同点在于不需要调用 sleep ，接收到完整的数据后就返回。完整的代码在这里。

先列出通过字符串拼接的方式实现的接收数据缓冲区。每次收到数据后则拼接，产生新的字符串。然后再根据字节数返回相应的子串。

local setmetatable = setmetatable

local mt = {}
mt.__index = mt

function mt:init()
    self.cache = ""
end

function mt:input(str)
    self.cache = self.cache .. str
end

function mt:output(num_bytes)
    local cache = self.cache
    if #cache < num_bytes then
        return
    end

    local data = cache:sub(1, num_bytes)
    self.cache = cache:sub(num_bytes + 1)

    return data
end

local function _new(...)
    local obj = setmetatable({}, mt)
    obj:init(...)
    return obj
end

return _new

下面是不拼接字符串实现的接收数据缓冲区。由于高频的拼接字符串是很耗时的操作，这里的核心想法就是避免这种情况。每次接收到数据后将数据缓存在 Lua 数组中，然后根据字节数拼接产生字符串。

local setmetatable = setmetatable
local table = table

local mt = {}
mt.__index = mt

function mt:init()
    self.str_blocks = {}
    self.total_bytes = 0
end

function mt:input(str)
    table.insert(self.str_blocks, str)
    self.total_bytes = self.total_bytes + #str
end

function mt:output(num_bytes)
    if self.total_bytes < num_bytes then
        return
    end

    local blocks = self.str_blocks
    local num = #blocks

    local index
    local stat_bytes = 0
    for i, block in ipairs(blocks) do
        index = i
        stat_bytes = stat_bytes + #block
        if stat_bytes >= num_bytes then
            break
        end
    end

    local str = table.concat(blocks, "", 1, index)
    local data = str:sub(1, num_bytes)
    local left_num = num - index

    local new_blocks = {}
    if stat_bytes > num_bytes then
        new_blocks[#new_blocks + 1] = str:sub(num_bytes + 1)
    end
    if left_num > 0 then
        table.move(blocks, index + 1, num, #new_blocks + 1, new_blocks)
    end

    self.str_blocks = new_blocks
    self.total_bytes = self.total_bytes - num_bytes
    return data
end

local function _new(...)
    local obj = setmetatable({}, mt)
    obj:init(...)
    return obj
end

return _new

下面是测试的代码。在我的机器上，优化前需要花几十秒的时间，优化后不到 200 毫秒运行完毕。

local ipairs = ipairs
local assert = assert
local os = os
local string = string

local p1_func = require "string1"
local p2_func = require "string2"

local p1 = p1_func(2)
local p2 = p2_func(2)

local function test(obj)
    local raw = {}
    local list = {}
    local total = 0
    local max = 64 * 1024
    for i = 1, max, 32 do
        total = total + i
        local s = string.rep("A", i)
        raw[#raw + 1] = s
        list[#list + 1] = string.pack(">s2", s)
    end

    for _, str in ipairs(list) do
        obj:input(str)
    end

    local start = os.clock()
    local ret = {}
    for _, str in ipairs(raw) do
        local data = obj:output(2)
        local n = string.unpack(">I2", data)
        assert(n == #str)
        ret[#ret + 1] = obj:output(n)
    end
    print(os.clock() - start)

    assert(#raw == #ret, #raw .. " vs " .. #ret)
    for i = 1, #raw do
        assert(raw[i] == ret[i])
    end
end

local new = ...
test(new and p2 or p1)

由于项目中用到的工具对性能有些要求，但又没有那么高的要求，所以就还是想在 Lua 层面解决问题。目前看来，应该是满足需求了。