文章目錄

• 一 TCP通信服務端和客戶端——和UDP區(qū)別
• • （1）服務端
  • （2）客戶端
• 二：TCP通信-多進程/線程
• • （1）多進程版本
  • （2）多線程版本
  • （3）線程池版本

一 TCP通信服務端和客戶端——和UDP區(qū)別

TCP是面向字節(jié)流的，是有連接的，會在服務端和客戶端之間建立一條連接，而UDP顯得就比較簡單，只負責傳遞。在2-3：套接字（Socket）編程之UDP通信這一節(jié)詳細敘述了UDP通信及套接字相關(guān)內(nèi)容，本節(jié)TCP通信將會在上節(jié)的基礎上，對TCP和UDP中代碼的不同部分做以補充。

（1）服務端

tcpServer.h

#include <iostream> #include <string> #include <unistd.h> #include <cstdio> #include <cstring> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> using namespace std;#define BACKLOG 5class tcpServer { private:int _port;int listen_sock; public:tcpServer(int port=8080):_port(port){}void initServer(){listen_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//區(qū)別UDP,TCP采用流式套接字if(listen_sock < 0){cout<<"套接字創(chuàng)建失敗"<<endl;exit(2);}struct sockaddr_in local;local .sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(3);}//開啟監(jiān)聽if(listen(listen_sock,BACKLOG) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(4);} }//通信服務void Service(int sock){char buffer[1024];while(1){size_t s=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);//區(qū)別UDPif(s > 0){buffer[s]='\0';cout<<"服務端收到客戶端的消息："<<buffer<<endl;send(sock,buffer,strlen(buffer),0);//區(qū)別UDP}if(s==0)//客戶端下線，服務端收到0{cout<<"客戶端已經(jīng)下線"<<endl;close(sock);//注意關(guān)閉套接字，資源是有限的break;}}}void startServer(){sockaddr_in endpoint;while(1){//TCP-acceptsocklen_t len=sizeof(endpoint);int _sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&endpoint,&len);if(_sock < 0){cout<<"accept失敗"<<endl;continue;}cout<<"一臺新的客戶端已經(jīng)連接"<<endl;//拿到套接字進行通信Service(_sock);}}~tcpServer(){close(listen_sock);} };

1：創(chuàng)建套接字

相較于UDP，TCP通信時選擇的套接字是流式套接字

listen_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

2：listen監(jiān)聽
在套接字綁定之前，UDP和TCP基本是一致的。在TCP通信中，有兩套套接字，其中一套用于監(jiān)聽，稱之為監(jiān)聽套接字。TCP不同于UDP，如果和客戶端之間沒有連接就不能發(fā)送數(shù)據(jù)，所以要把一個套接字設置為監(jiān)聽狀態(tài)，以便在任意時候客戶端請求服務器時都能有套接字與該客戶端建立連接。關(guān)于BACKLOG選項后序再網(wǎng)絡原理里面再做解釋

函數(shù)原型如下

#include <sys/socket.h>int listen(int s, int backlog);

3：accept

accept表示服務端接受一個連接，每當一個客戶端連接成功時，就會建立一條連接。最為關(guān)鍵的是該接口的返回值，其返回值也是一個套接字，前面說過TCP通信中存在兩套套接字，一個就是剛才說到的過的監(jiān)聽套接字，它的職責就是不斷從網(wǎng)絡中獲取連接，因為可能會用很多客戶端想要和服務端通信，當它把連接拿上來之后，調(diào)用接口accept，其返回值所產(chǎn)生的套接字就是專門用來處理這條連接，用于進行通信的。這樣做的話整個服務端只需要一個監(jiān)聽套接字，同時連接只要成功，只需調(diào)用接口產(chǎn)生新的套接字再用于通信即可。

int _sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&endpoint,&len);

當accept失敗時，該接口返回值也會小于0，需要注意的是此時只是一個連接失敗了，你不能因為這么一個連接失敗了，而把整個服務器給退了，所以要繼續(xù)continue。
當accept成功時，我們建立一個新的函數(shù)，該函數(shù)就是用來專門去處理通信問題的

如下在accept成功之后，加入這樣一句代碼，表示連接上了一臺新的客戶端

然后使用telnet命令，如果你的Centos沒有這個命令，需要進行一定配置，鏈接如下，親測有效

CentOS 7.4安裝telnet服務端

然后使用本地環(huán)回測試，使用telnet進行連接，可以發(fā)現(xiàn)當一臺主機連接成功時，服務端提示出了相應的訊息

4：recv和send
不同于UDP中的recvfrom和sendto，在TCP通信中，我們盡可能采用的是recv和send來接受和發(fā)送

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); int send(int s, const void *msg, size_t len, int flags);

（2）客戶端

tcpClient.h

#include <iostream> #include <string> #include <cstring> #include <unistd.h> #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> using namespace std;class tcpClient { private:string _ip;//服務端IP和端口號int _port;int _sock; public:tcpClient(string ip="127.0.0.1",int port=8080):_ip(ip),_port(port){}void initClient(){_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//區(qū)別UDPif(_sock < 0){cout<<"套接字創(chuàng)建失敗"<<endl;exit(2);}struct sockaddr_in sev;sev.sin_family=AF_INET;sev.sin_port=htons(_port);sev.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str());//TCP-connectif(connect(_sock,(struct sockaddr*)&sev,sizeof(sev))!=0){cout<<"connect失敗"<<endl;exit(3);}}void startClient(){char mssage[64];while(1){ size_t s=read(0,mssage,sizeof(mssage)-1);//從標準輸入讀入if(s > 0){mssage[s-1]='\0';//剔除換行符send(_sock,mssage,strlen(mssage),0);ssize_t ret=recv(_sock,mssage,sizeof(mssage)-1,0);if(ret > 0){cout<<"客戶端得到服務端消息"<<mssage<<endl;}}}}~tcpClient(){close(_sock);}};

1：connect

TCP是面向連接，因此對于客戶端來說，它就要調(diào)用connect接口連接服務端，如果返回值為0表示連接成功

connect(_sock,(struct sockaddr*)&sev,sizeof(sev))

2：客戶端退出

當客戶端退出時，我們要讓服務器知道客戶端退出，并且關(guān)閉已經(jīng)打開的套接字
那么服務端如何知道客戶端退出了呢，這其實和recv接口的返回值有關(guān)

These calls return the number of bytes received, or -1 if an error occurred. In the event of an error, errno is set to indicate theerror. The return value will be 0 when the peer has performed an orderly shutdown.

它的意思就說如果客戶端下線，那么服務端將會接受到0 因此，服務端會有下面這樣代碼

if(s==0) {cout<<"客戶端已經(jīng)下線"<<endl;close(sock);break; }

二：TCP通信-多進程/線程

使用上面的代碼，利用telnet進行測試，xshell中有多個窗口，代表多個客戶端，第一個客戶端連接后，服務端的確打印出了相關(guān)訊息，但是第二個和第三個在連接時卻沒有打印出信息

問題的原因就是咋們編寫的服務器目前是一個單進程版的服務器，當?shù)谝粋€主機連接時，由于沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，因此進程會被阻塞在service函數(shù)中，到時后面的客戶端連接不上

（1）多進程版本

tcpServer.h

#include <iostream> #include <signal.h> #include <string> #include <unistd.h> #include <cstdio> #include <cstring> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> using namespace std;#define BACKLOG 5class tcpServer { private:int _port;int listen_sock; public:tcpServer(int port=8080):_port(port){}void initServer(){signal(SIGCHLD,SIG_IGN);//讓子進程自己銷毀listen_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//區(qū)別UDP,TCP采用流式套接字if(listen_sock < 0){cout<<"套接字創(chuàng)建失敗"<<endl;exit(2);}struct sockaddr_in local;local .sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(3);}//開啟監(jiān)聽if(listen(listen_sock,BACKLOG) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(4);}}void Service(int sock){char buffer[1024];while(1){size_t s=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(s > 0){buffer[s]='\0';cout<<"服務端收到客戶端的消息："<<buffer<<endl;send(sock,buffer,strlen(buffer),0);}if(s==0){cout<<"客戶端已經(jīng)下線"<<endl;close(sock);break;}}}void startServer(){sockaddr_in endpoint;while(1){//acceptsocklen_t len=sizeof(endpoint);int _sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&endpoint,&len);if(_sock < 0){cout<<"accept失敗"<<endl;continue;}string client_info=inet_ntoa(endpoint.sin_addr);client_info+=":";client_info+=to_string(ntohs(endpoint.sin_port));cout<<"一臺新的客戶端已經(jīng)連接:"<<client_info<<endl;pid_t id=fork();if(id==0)//子進程{close(listen_sock); //子進程會以父進程為模板，復制父進程PCB，所以對于子進程來說，可以關(guān)閉的它的listen_sock，盡量節(jié)省資源Service(_sock);exit(0);//子進程處理完畢}//對于父進程它只關(guān)心監(jiān)聽套接字，所以可以把父進程的sock關(guān)閉,而且是必須關(guān)掉，因為這個sock對它沒用了close(_sock);}}~tcpServer(){close(listen_sock);} };

以上代碼中關(guān)于父子進程之間的關(guān)系，以及進程等待這里就不細談了，詳見

Linux系統(tǒng)編程

再次強調(diào)，對于子進程，它可以關(guān)閉監(jiān)聽套接字，因為子進程是用來通信的，它只關(guān)心sock，對于父進程則必須要關(guān)閉sock，只保留監(jiān)聽套接字，否則客戶端連接的越多，系統(tǒng)資源將會被耗盡

再次測試，可以發(fā)現(xiàn)多個客戶端可以同時連接服務器

（2）多線程版本

在Linux系統(tǒng)編程那一部分我們詳細說過多線程和多進程的優(yōu)缺點，創(chuàng)建進程的代價遠遠高于創(chuàng)建線程，因此多線程版本如下

#include <iostream> #include <pthread.h> #include <signal.h> #include <string> #include <unistd.h> #include <cstdio> #include <cstring> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> using namespace std;#define BACKLOG 5class tcpServer { private:int _port;int listen_sock; public:tcpServer(int port=8080):_port(port){}void initServer(){listen_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//區(qū)別UDP,TCP采用流式套接字if(listen_sock < 0){cout<<"套接字創(chuàng)建失敗"<<endl;exit(2);}struct sockaddr_in local;local .sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(3);}//開啟監(jiān)聽if(listen(listen_sock,BACKLOG) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(4);}}static void Service(int sock){char buffer[1024];while(1){size_t s=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(s > 0){buffer[s]='\0';cout<<"服務端收到客戶端的消息："<<buffer<<endl;send(sock,buffer,strlen(buffer),0);}if(s==0){cout<<"客戶端已經(jīng)下線"<<endl;close(sock);break;}}}static void* Route(void* args)//線程路線{pthread_detach(pthread_self());int* p=(int*)args;int sock=*p;Service(sock);return NULL;}void startServer(){sockaddr_in endpoint;while(1){//acceptsocklen_t len=sizeof(endpoint);int _sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&endpoint,&len);if(_sock < 0){cout<<"accept失敗"<<endl;continue;}string client_info=inet_ntoa(endpoint.sin_addr);client_info+=":";client_info+=to_string(ntohs(endpoint.sin_port));cout<<"一臺新的客戶端已經(jīng)連接:"<<client_info<<endl;pthread_t tid;int* p=new int(sock);//在堆上開辟，p是棧私有的，防止出現(xiàn)bugpthread_create(&tid,nullptr,Route,(void*)&_sock);}}~tcpServer(){close(listen_sock);} };

效果如下

（3）線程池版本

關(guān)于線程部分，可以查看

Linux系統(tǒng)編程41：多線程之線程池的概念及實現(xiàn)

服務器大致邏輯為：

初始化服務器，服務器初始化時創(chuàng)建線程池

啟動服務器，創(chuàng)建任務，將任務放進線程池的任務隊列中

由于任務的加入，喚醒了線程池中的線程，線程拿到任務，調(diào)用任務的工作接口，進行工作

工作完畢調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，釋放套接字

下面的代碼簡單的實現(xiàn)了客戶端發(fā)送英文單詞，服務端進行翻譯的過程

thread_pool.h

#pragma once #include <iostream> #include <pthread.h> #include <signal.h> #include <string> #include <unistd.h> #include <cstdio> #include <cstring> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <queue> #include <map> using namespace std;struct Task//任務 { private:int _sock;//套接字static map<string,string> dict;//字典 public:Task(){}~Task(){close(_sock);}Task(int sock):_sock(sock){dict.insert(pair<string,string>("apple","蘋果"));dict.insert(pair<string,string>("melon","西瓜"));dict.insert(pair<string,string>("orange","橘子"));}void work()//獲得任務后在這里進行判斷{char buffer[1024];size_t s=recv(_sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(s > 0){buffer[s]='\0';string key=buffer;//拿到用戶的鍵值cout<<"服務端收到客戶端的消息："<<buffer<<endl;send(_sock,dict[key].c_str(),dict[key].size(),0);//給用戶返回翻譯結(jié)果}if(s==0){cout<<"客戶端已經(jīng)下線"<<endl;}} };map<string,string>Task:: dict;class ThreadPool//線程池 { private:bool _thread_quit_flag;//線程退出標志，如果主線程發(fā)送了信號，就將其置為trueint _thread_num;//線程池線程數(shù)量queue<Task*> q;//任務隊列,存放指針pthread_mutex_t lock;//保護任務隊列的鎖pthread_cond_t cond;//條件變量，當沒有任務時線程池的線程掛起，當有任務時喚醒線程池線程public:void ThreadLock(){//鎖pthread_mutex_lock(&lock);}void ThreadUnlock(){//解鎖pthread_mutex_unlock(&lock);}bool IsEmpty(){//判斷任務隊列為空return q.size()==0;}void Threadwait(){//沒有任務線程池的線程掛起pthread_cond_wait(&cond,&lock);}void Threadwakeup(){//當主線程添加了任務就喚醒線程池線程pthread_cond_signal(&cond);}void ThreadWakeAll(){//最后發(fā)送退出信號時，將所有線程喚醒，然后讓其退出pthread_cond_broadcast(&cond);//喚醒所有線程}void ThreadQuit(){//線程退出函數(shù)pthread_exit(nullptr);}public:ThreadPool(int thread_num=5):_thread_quit_flag(false),_thread_num(thread_num)//flag默認設置為flase，不退出{pthread_mutex_init(&lock,nullptr);pthread_cond_init(&cond,nullptr);}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(&lock);pthread_cond_destroy(&cond);}static void* Route(void* arg)//所有的線程都要執(zhí)行這樣的流程：先判斷是否有任務，有就執(zhí)行，沒有就掛起{pthread_detach(pthread_self());//線程 ThreadPool* this_p=(ThreadPool*)arg;//某個線程的this指針while(1){this_p->ThreadLock();//鎖定任務隊列while(this_p->_thread_quit_flag==false && this_p->IsEmpty())//如果沒有發(fā)出退出信號并且隊列為空，那么就讓線程掛起{this_p->Threadwait();//當線程蘇醒時（可能接收到了廣播信號或者位于線程隊列它被下一個喚醒了），就會從掛起的地方醒來，繼續(xù)向下執(zhí)行}if((this_p->_thread_quit_flag==false && !this_p->IsEmpty()) || (this_p->_thread_quit_flag==true && !this_p->IsEmpty()))//醒來的原因不管是否是因為接收到了退出信號，反正只要有任務就得先執(zhí)行完{Task* t;this_p->Get(&t);this_p->ThreadUnlock();//注意不要在臨界資源內(nèi)做任務，效率很低t->work();//獲得任務后進行計算delete t;//任務結(jié)束關(guān)閉套接字，調(diào)用任務析構(gòu)函數(shù)關(guān)閉套接字}//如果接受到信號且隊列已經(jīng)Wie空了，那么就退出線程else if(this_p->_thread_quit_flag==true && this_p->IsEmpty())//如果醒來的原因是因為接受到了退出信號，而且任務隊列中已經(jīng)沒有任務了，那么就退出線程{this_p->ThreadUnlock();this_p->ThreadQuit();//退出時不要忘記解鎖，否則將來只有一個線程能推出，其余線程無法退出}} }void ThreadPoolInit()//風險操作不要在構(gòu)造函數(shù)中寫，該函數(shù)用于創(chuàng)建線程池線程，并讓線程執(zhí)行Route流程{pthread_t t;for(int i=0;i < _thread_num;i++){pthread_create(&t,nullptr,Route,this);//這里最后一個參數(shù)傳入了this指針，相應的Route函數(shù)也是靜態(tài)成員函數(shù)//如果不傳入this指針，那么當這個參數(shù)就會和非靜態(tài)成員函數(shù)搶this指針的位置，因此會造成參數(shù)過多的問題//所以在這里傳入this，然后在形參中使用this調(diào)用自己的成員函數(shù)即可}}void ThreadPoolQuit()//線程池退出{_thread_quit_flag=true;//將結(jié)束標志置為trueThreadWakeAll();//喚醒所有線程}void Get(Task** t)//線程獲取任務{Task* out=q.front();//注意是指針q.pop();*t=out;//這是解引用}void Put(Task& t)//主線程放任務{ThreadLock();q.push(&t);//注意這是取地址ThreadUnlock();Threadwakeup();//當放了一個任務后立馬喚醒線程，這里一般情況下不要喚醒所有線程，會產(chǎn)生掠群效應，影響穩(wěn)定性} };

tcp_server.h

#include "thread_pool.h" #define BACKLOG 5class tcpServer { private:int _port;int listen_sock;ThreadPool* _th; public:tcpServer(int port=8080):_port(port),_th(nullptr){}void initServer(){listen_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//區(qū)別UDP,TCP采用流式套接字if(listen_sock < 0){cout<<"套接字創(chuàng)建失敗"<<endl;exit(2);}struct sockaddr_in local;local .sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(3);}//開啟監(jiān)聽if(listen(listen_sock,BACKLOG) < 0){cout<<"綁定失敗"<<endl;exit(4);}_th=new ThreadPool();_th->ThreadPoolInit();//初始化線程池}static void Service(int sock){char buffer[1024];while(1){size_t s=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(s > 0){buffer[s]='\0';cout<<"服務端收到客戶端的消息："<<buffer<<endl;send(sock,buffer,strlen(buffer),0);}if(s==0){cout<<"客戶端已經(jīng)下線"<<endl;close(sock);break;}}}static void* Route(void* args){pthread_detach(pthread_self());int* p=(int*)args;int sock=*p;Service(sock);return NULL;}void startServer(){sockaddr_in endpoint;while(1){//acceptsocklen_t len=sizeof(endpoint);int _sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&endpoint,&len);if(_sock < 0){cout<<"accept失敗"<<endl;continue;}string client_info=inet_ntoa(endpoint.sin_addr);client_info+=":";client_info+=to_string(ntohs(endpoint.sin_port));cout<<"一臺新的客戶端已經(jīng)連接:"<<client_info<<endl;//構(gòu)建任務，放進線程池Task* t=new Task(_sock);_th->Put(*t);}}~tcpServer(){close(listen_sock);}};

tcp_client.h

#include <iostream> #include <string> #include <cstring> #include <unistd.h> #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> using namespace std;class tcpClient { private:string _ip;int _port;int _sock; public:tcpClient(string ip="127.0.0.1",int port=8080):_ip(ip),_port(port){}void initClient(){_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_sock < 0){cout<<"套接字創(chuàng)建失敗"<<endl;exit(2);}struct sockaddr_in sev;sev.sin_family=AF_INET;sev.sin_port=htons(_port);sev.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str());if(connect(_sock,(struct sockaddr*)&sev,sizeof(sev))!=0){cout<<"connect失敗"<<endl;exit(3);}}void startClient(){char mssage[64];while(1){ cout<<"請輸入信息**：";fflush(stdout);size_t s=read(0,mssage,sizeof(mssage)-1);//從標準輸入讀入if(s > 0){mssage[s-1]='\0';//剔除換行符send(_sock,mssage,strlen(mssage),0);ssize_t ret=recv(_sock,mssage,sizeof(mssage)-1,0);if(ret > 0){cout<<"客戶端得到服務端消息"<<mssage<<endl;}else if(ret ==0){break;}}}}~tcpClient(){close(_sock);} };

效果如下

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2-4：套接字（Socket）编程之TCP通信的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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