如何为Boost.Asio的ssl::stream正确添加缓冲？

我们代码库中有直接使用OpenSSL的C++网络代码，为提升可维护性，计划用Boost.Asio替代。该代码用于服务器与客户端间的双向认证TLS连接，支持收发字节数组。基准测试显示Asio版本运行时间是OpenSSL版本的近5倍，原因是OpenSSL版本用了网络通信缓冲，而Asio版本没有。由于应用频繁收发大量小消息，缓冲对性能至关重要（API包含flush函数可按需刷新发送缓冲区）。

手动实现了用std::vector<byte>管理缓冲的逻辑，让应用先写入缓冲，仅调用flush时才发送网络数据，性能有所提升，但仍比OpenSSL版本慢约30%。注意到Boost.Asio的buffered_stream类似乎正是所需，但不清楚底层流为boost::asio::ssl::stream类型时如何正确构造。另外，如果这种方法不可行，有没有更好的Asio缓冲I/O方式能达到和OpenSSL版本相近的性能？

using namespace boost::asio;
using ssl_socket_t = ssl::stream<ip::tcp::socket>;

// 此函数（在别处定义）返回配置正确的客户端ssl::context对象
ssl::context tlsClientContext(std::string_view certificate_filename,
                              std::string_view private_key_filename,
                              std::string_view trust_store_filename);


// 尝试实现如下API：
buffered_stream<ssl_socket_t> connect(std::string_view hostname,
                                      std::uint16_t port,
                                      std::string_view certificate_filename,
                                      std::string_view private_key_filename,
                                      std::string_view trust_store_filename) {
  auto ssl_ctx = tlsClientContext(certificate_filename, private_key_filename, trust_store_filename);
  auto ssl_socket = ssl_socket_t(system_executor(), ssl_ctx);
  auto resolver = ip::tcp::resolver(ssl_socket.get_executor());
  connect(ssl_socket.lowest_layer(), resolver.resolve(hostname, std::to_string(port)));
  ssl_socket.handshake(ssl_socket_t::client);
  return buffered_stream<ssl_socket_t>(std::move(ssl_socket));
}

void read(buffered_stream<ssl_socket_t>& stream, std::byte* data, std::size_t num_bytes) {
  boost::asio::read(stream, buffer(data, num_bytes));
}

void write(buffered_stream<ssl_socket_t>& stream, const std::byte* data, std::size_t num_bytes) {
  boost::asio::write(stream, buffer(data, num_bytes));
}

void flush(buffered_stream<ssl_socket_t>& stream) {
  stream.flush();
}

上述connect函数无法编译：buffered_stream构造函数要求第一个参数为左值；若移除std::move，又因ssl::stream不可拷贝而编译失败。原本期望buffered_stream支持传入待缓冲流的右值引用，但不知道如何实现。

1. 正确构造buffered_stream的方法 #

Boost.Asio的buffered_stream在C++11及以后版本支持移动构造，可通过以下方式解决构造问题：

• 使用make_buffered_stream辅助函数：它天然支持接收右值，代码调整如下：

  return make_buffered_stream(std::move(ssl_socket));
  

• 显式移动构造：确保Boost版本在1.70+（该版本后buffered_stream完善了右值构造支持），直接返回移动构造的对象：

  return buffered_stream<ssl_socket_t>(std::move(ssl_socket));
  

2. 优化性能的其他方案 #

如果buffered_stream仍无法达到预期性能，可尝试以下方案：

• 自定义缓冲区大小：默认缓冲区大小可能不匹配小消息场景，构造时指定合适的大小（比如8KB或16KB，根据实际业务调整）：

  return make_buffered_stream(std::move(ssl_socket), 8192);
  

• 手动实现灵活缓冲逻辑：自己维护动态缓冲区，完全控制消息合并与发送时机，示例代码如下：

  class BufferedSslStream {
  public:
      BufferedSslStream(ssl_socket_t socket) : socket_(std::move(socket)) {}
  
      void write(const std::byte* data, std::size_t num_bytes) {
          buffer_.insert(buffer_.end(), data, data + num_bytes);
      }
  
      void flush() {
          if (!buffer_.empty()) {
              boost::asio::write(socket_, boost::asio::buffer(buffer_));
              buffer_.clear();
          }
      }
  
      void read(std::byte* data, std::size_t num_bytes) {
          boost::asio::read(socket_, boost::asio::buffer(data, num_bytes));
      }
  
  private:
      ssl_socket_t socket_;
      std::vector<std::byte> buffer_;
  };
  

• 启用OpenSSL内部缓冲：利用OpenSSL原生API开启缓冲模式，减少系统调用次数：

  SSL* ssl_handle = ssl_socket.native_handle();
  SSL_set_mode(ssl_handle, SSL_MODE_ENABLE_PARTIAL_WRITE | SSL_MODE_ACCEPT_MOVING_WRITE_BUFFER);
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dave Edwards