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如何在c++中使用协程实现一个异步的RPC客户端? (C++20 Coroutines)

冰火之心

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发布时间:2026-01-09 17:10:02

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来源于php中文网

原创

C++20协程本身不提供异步I/O能力,必须与io_uring、epoll或Boost.ASIO等底层异步设施结合才能实现真正的异步RPC;标准库无awaitable I/O支持,socket需设为非阻塞并由事件循环驱动,协程仅负责执行流挂起/恢复。

如何在c++中使用协程实现一个异步的rpc客户端? (c++20 coroutines)

直接说结论:C++20 协程本身不提供异步 I/O 能力,也不能直接发网络请求;它只负责挂起/恢复执行流。要实现异步 RPC 客户端,你必须把协程和底层异步 I/O(如 io_uringepoll、或第三方库如 libuv/Boost.ASIO)胶合起来——否则协程只是“假异步”,会阻塞线程。

为什么不能只靠 co_await 发 HTTP 或 gRPC 请求?

C++20 标准库至今(C++23 仍未加入)没有提供任何异步 I/O 的 awaitable 类型。像 std::net 这样的提案被多次推迟。这意味着:

  • co_await 后面必须是自定义的 awaitable 类型,不能直接写 co_await http_client.send(req)
  • 所有 socket 操作(connect、send、recv)仍需通过系统调用完成,而这些调用默认是阻塞的
  • 若在协程里调用阻塞 socket 函数,整个线程会被卡住,协程失去意义

如何让协程真正异步等待 socket 事件?

核心思路是:把 socket 设为非阻塞模式,用事件循环监听可读/可写状态,再包装成 awaitable。以 Boost.ASIO 为例(它已原生支持 C++20 协程):

struct rpc_call {
    asio::ip::tcp::socket sock;
    asio::steady_timer timer;

    rpc_call(asio::io_context& ctx) : sock(ctx), timer(ctx) {}

    asio::awaitable call(std::string_view method, std::string_view payload) {
        try {
            co_await asio::this_coro::executor;
            // 建立连接(非阻塞 connect + async_wait)
            sock.open(asio::ip::tcp::v4());
            sock.set_option(asio::ip::tcp::socket::non_blocking_io(true));
            auto ep = asio::ip::tcp::endpoint(
                asio::ip::make_address("127.0.0.1"), 8080);
            sock.async_connect(ep, [](const boost::system::error_code&) {});
            co_await sock.async_wait(asio::ip::tcp::socket::wait_write, asio::use_awaitable);

            // 发送请求(需手动处理 partial write)
            std::string req = "POST /" + std::string(method) + " HTTP/1.1\r\n";
            co_await asio::async_write(sock, asio::buffer(req), asio::use_awaitable);

            // 接收响应(需处理 header/body 分离、EOF 等)
            std::array buf;
            size_t n = co_await sock.async_read_some(asio::buffer(buf), asio::use_awaitable);
            co_return std::string(buf.data(), n);
        } catch (const std::exception& e) {
            co_return "ERROR: " + std::string(e.what());
        }
    }
};

注意:asio::async_writeasio::async_read_some 返回的是标准 awaitable,可直接 co_await;但你要自己处理协议解析、粘包、超时、重连等——RPC 不是裸 socket。

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绕过 Boost.ASIO:手写最小 awaitable 需要什么?

如果你坚持不用 Boost,想从零封装 epoll + 协程,关键组件有三个:

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  • 一个全局 epoll_fd 和事件循环线程(运行 epoll_wait
  • 每个待等待的 socket 绑定一个 awaitable 对象,含 await_ready()await_suspend(coroutine_handle)await_resume()
  • await_suspend 中注册该 socket 到 epoll,并保存 coroutine_handle 到哈希表;事件就绪时从哈希表取出 handle 并 resume()

难点不在协程语法,而在:如何安全地在多线程间传递 coroutine_handle;如何避免 epoll_ctl(EPOLL_CTL_DEL) 时协程已销毁;如何统一管理超时和取消。这些正是 Boost.ASIOlibexecstream 已解决的问题。

RPC 协议层怎么跟协程对接?

别在协程里解析 Protobuf 或 JSON。正确做法是分层:

  • 底层:transport_layer 提供 awaitable send(bytes)awaitable recv()
  • 中间:rpc_encoder 将 request object 序列化为 bytes,并将 bytes 反序列化为 response object
  • 上层:用户 API 是 awaitable user_service->GetProfile(int64_t id)

这样协程只感知“发送”和“接收字节流”,协议细节被隔离。gRPC 的 grpcpp 目前不支持 C++20 协程(截至 v1.60),所以多数生产项目仍用回调或 std::future 包装;若真要协程化,得自己桥接 CompletionQueue 事件到 awaitable

最易被忽略的一点:协程默认很小(可能仅几 KB),而 RPC 请求/响应可能带大 payload 或深层嵌套结构体。务必用 std::coroutine_traits::promise_type::get_return_object_on_allocation_failure 或显式分配堆内存的 promise,否则大对象序列化时可能栈溢出崩溃。

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