在现代网络通信中，UDP（用户数据报协议）因其低延迟特性而被广泛应用。然而，UDP本身不提供数据包的可靠性保证，如数据包丢失、重复和乱序等问题。为了模拟这些行为并探索解决方案，本文将介绍一种逐步构建的模拟方法。
整个设计过程分为几个步骤，每一步都在前一步的基础上进行改进，以模拟更接近真实网络环境的通信行为。
这是基础行为，通过线程安全队列在两个线程之间发送数据。这一步的目的是建立一个可靠的数据传输机制。
// 示例代码
auto consumer = std::thread([]() {
std::shared_ptr qudp(new UdpNetwork(31415));
auto qConsumer = std::make_unique>(qudp);
while (true) {
SignalData data;
qConsumer->DeQ(data);
printf("Time stamp %f \t\t Signal %f\n", data.mTimeStamp_sec, data.mValue);
}
});
将代码重构为发布者和订阅者模式，通过两个队列模拟它们之间的双向网络通信。这一步允许模拟网络错误。
// 示例代码
auto producer = std::async(std::launch::async, [](){
auto processStart = system_clock::now();
duration sleepTime_ms(10);
std::shared_ptr qudp(new UdpNetwork("127.0.0.1", 31415));
auto qProducer = std::make_unique>(qudp);
while (true) {
std::this_thread::sleep_for(sleepTime_ms);
const auto uSecSinceStart = duration_cast(system_clock::now() - processStart);
const auto signal = GenerateSignal(uSecSinceStart);
const auto secSinceStart = static_cast(uSecSinceStart.count()) / uSecInASec;
SignalData data{signal, secSinceStart};
qProducer->EnQ(data);
}
});
在处理数据丢失问题之前，先解决重复和乱序数据包的问题。消费者确认最后一个交付的帧，但生产者暂时丢弃这些确认。
生产者维护一个等待消费者确认的帧队列。超时后重传最旧的未确认帧。确认用于清除消费者已交付的帧列表。生产者端的待确认帧队列是固定大小的，因此引入了生产者和消费者之间的基本流控制。
在生产者和消费者之间添加日志记录和UDP插件，以进一步模拟网络通信。
以下是如何使用QUDP的示例。客户端代码创建一个UDPNetwork对象，然后在QConsumer的构造函数中使用它。
// 客户端代码示例
auto consumer = std::thread([]() {
std::shared_ptr qudp(new UdpNetwork(31415));
auto qConsumer = std::make_unique>(qudp);
while (true) {
SignalData data;
qConsumer->DeQ(data);
printf("Time stamp %f \t\t Signal %f\n", data.mTimeStamp_sec, data.mValue);
}
});
服务器端代码创建一个UDPNetwork对象，然后在QProducer的构造函数中使用它。
// 服务器端代码示例
auto producer = std::async(std::launch::async, [](){
auto processStart = system_clock::now();
duration sleepTime_ms(10);
std::shared_ptr qudp(new UdpNetwork("127.0.0.1", 31415));
auto qProducer = std::make_unique>(qudp);
while (true) {
std::this_thread::sleep_for(sleepTime_ms);
const auto uSecSinceStart = duration_cast(system_clock::now() - processStart);
const auto signal = GenerateSignal(uSecSinceStart);
const auto secSinceStart = static_cast(uSecSinceStart.count()) / uSecInASec;
SignalData data{signal, secSinceStart};
qProducer->EnQ(data);
}
});