socket网络编程——多进程、多线程处理并发

news2024/10/6 6:46:49

如下图所示，当一个客户端与服务器建立连接以后，服务器端 accept()返回，进而准备循环接收客户端发过来的数据。

如果客户端暂时没发数据，服务端会在 recv()阻塞。此时，其他客户端向服务器发起连接后，由于服务器阻塞了，无法执行 accept()接受连接，也就是其他客户端发送的数据，服务器无法读取。服务器也就无法并发同时处理多个客户端。

这个问题可以通过引入多线程和多进程来解决。服务端接受一个客户端的连接后，创建一个线程或者进程，然后在新创建的线程或进程中循环处理数据。主线程（父进程）只负责监听客户端的连接，并使用 accept()接受连接,不进行数据的处理。如下图所示：

多线程处理并发的服务器端示例代码 MultiThread.c 如下：

#include <stdio.h>      // 引入标准输入输出头文件
#include <stdlib.h>     // 引入标准库头文件
#include <unistd.h>     // 引入Unix标准函数定义头文件
#include <string.h>     // 引入字符串处理头文件
#include <assert.h>     // 引入断言头文件
#include <sys/socket.h> // 引入套接字接口头文件
#include <netinet/in.h> // 引入互联网地址族头文件
#include <arpa/inet.h>  // 引入互联网定义头文件
#include <pthread.h>    // 引入POSIX线程头文件

void* fun(void * arg) // 线程函数
{
    int c = (int)arg; // 客户端套接字

    while( 1 ) // 持续处理客户端消息
    {
        char buff[128] = {0}; // 消息缓冲区
        if ( recv(c,buff,127,0) <= 0 ) // 接收消息
        {
            break; // 接收失败或连接关闭则退出循环
        }

        printf("recv(%d)=%s\n",c,buff); // 打印接收到的消息
        send(c,"ok",2,0); // 向客户端发送响应
    }

    printf("one client over(%d)\n",c); // 打印客户端结束信息
    close(c); // 关闭客户端套接字
}

int main() // 主函数
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 创建套接字
    assert( sockfd != -1 ); // 断言套接字创建成功

    struct sockaddr_in saddr,caddr; // 服务器和客户端地址结构
    memset(&saddr,0,sizeof(saddr)); // 初始化服务器地址结构
    saddr.sin_family = AF_INET; // 设置地址族为IPv4
    saddr.sin_port = htons(6000); // 设置端口号
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 设置IP地址

    int res = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr)); // 绑定地址
    assert( res != -1 ); // 断言绑定成功

    listen(sockfd, 5); // 监听套接字

    while( 1 ) // 持续接受客户端连接
    {
        int len = sizeof(caddr); // 客户端地址长度
        int c = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len); // 接受客户端连接
        if ( c < 0 )
        {
            continue; // 接受失败则继续
        }

        printf("accept c = %d\n",c); // 打印接受的客户端套接字描述符

        pthread_t id; // 线程ID
        pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)c); // 创建线程处理客户端
    }

    close(sockfd); // 关闭服务器套接字
    exit(0); // 退出程序
}

执行结果如下所示：

多进程处理并发的服务器端示例代码 MultiProcess.c 如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h>

void DealClientLink(int c, struct sockaddr_in caddr)
{
    while(1)
    {
        char buff[128] = {0};
        int n = recv(c, buff, 127, 0); // 从客户端接收数据
        if(n <= 0)
        {
            break; // 如果接收失败或客户端断开连接，则退出循环
        }

        printf("%s:%d %s\n", inet_ntoa(caddr.sin_addr), ntohs(caddr.sin_port), buff); // 打印客户端IP、端口和消息

        send(c, "OK", 2, 0); // 向客户端发送响应消息
    }

    printf("one client unlink\n"); // 打印客户端断开连接的消息
    close(c); // 关闭与客户端的连接
}

void sigfun(int sign)
{
    wait(NULL); // 处理僵尸进程
}

int main()
{
    signal(SIGCHLD, sigfun); // 设置信号处理函数，处理子进程结束信号，防止僵尸进程

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建套接字
    assert(-1 != sockfd); // 确保套接字创建成功

    struct sockaddr_in saddr;
    memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); // 初始化地址结构
    saddr.sin_family = AF_INET; // 设置地址类型为IPv4
    saddr.sin_port = htons(6000); // 设置端口号为6000
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 设置IP地址为本地地址

    int res = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)); // 绑定套接字
    assert(-1 != res); // 确保绑定成功

    listen(sockfd, 5); // 监听套接字，最大连接数为5

    while(1)
    {
        struct sockaddr_in caddr;
        int len = sizeof(caddr);

        int c = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&caddr, &len); // 接受客户端连接
        assert(-1 != c); // 确保接受连接成功

        printf("%s:%d Link Success\n", inet_ntoa(caddr.sin_addr), ntohs(caddr.sin_port)); // 打印客户端IP和端口

        pid_t pid = fork(); // 创建子进程
        assert(-1 != pid); // 确保子进程创建成功
        if(0 == pid)
        {
            DealClientLink(c, caddr); // 子进程处理客户端连接
            exit(0); // 子进程结束
        }
        else
        {
            close(c); // 父进程关闭客户端套接字
        }
    }

    close(sockfd); // 关闭服务器套接字
    exit(0); // 退出程序
}

客户端代码 TcpClient.c 如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建套接字
    assert(sockfd != -1); // 确保套接字创建成功

    struct sockaddr_in saddr;
    memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); // 初始化地址结构
    saddr.sin_family = AF_INET; // 设置地址类型为IPv4
    saddr.sin_port = htons(6000); // 设置端口号为6000
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 设置IP地址为本地地址

    int res = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)); // 连接服务器
    assert(res != -1); // 确保连接成功

    while(1)
    {
        char buff[128] = {0};
        printf("input:\n"); // 提示用户输入

        fgets(buff, 128, stdin); // 获取用户输入
        if(strncmp(buff, "end", 3) == 0) // 如果输入为"end"，则退出循环
        {
            break;
        }

        send(sockfd, buff, strlen(buff), 0); // 发送数据到服务器

        memset(buff, 0, 128); // 清空缓冲区
        recv(sockfd, buff, 127, 0); // 接收服务器响应
        printf("buff=%s\n", buff); // 打印服务器响应
    }

    close(sockfd); // 关闭套接字
}

执行结果如下所示：