Qt基础 | TCP通信 | TCP服务端与客户端程序设计 | QTcpServer | QTcpSocket

news2024/9/17 8:57:33

文章目录

  • 一、TCP 通信
    • 1.TCP 通信概述
    • 2.TCP 服务器端程序设计
      • 2.1 主窗口定义与构造函数
      • 2.2 网络监听与 socket 连接的建立
      • 2.3 与 TCP 客户端进行数据通信
    • 3.TCP 客户端程序设计
      • 3.1 主窗口定义与构造函数
      • 3.2 与服务器端建立 socket 连接
      • 3.3 与 TCPServer 的数据收发
    • 4.小结

Qt 网络模块：

  • Qt基础 | 主机信息查询 | QHostInfo的介绍和使用 | QNetworkInterface的介绍和使用

  • Qt基础 | TCP通信 | TCP服务端与客户端程序设计 | QTcpServer | QTcpSocket

  • Qt基础 | UDP通信 | UDP单播、广播、组播的介绍与实现

  • Qt基础 | 基于HTTP协议的网络文件下载

一、TCP 通信

1.TCP 通信概述

   TCP 是一种被大多数 Internet 网络协议（如 HTTP 和 FTP) 用于数据传输的低级网络协议，它是可靠的、面向流 、面向连接的传输协议，特别适合用于连续数据传输。

  TCP 通信必须先建立 TCP 连接，通信端分为客户端和服务器端。Qt 提供 QTcpSocket 类和 QTcpServer 类用于建立 TCP 通信应用程序。服务器端程序必须使用 QTcpServer 用于端口监听，建立服务器；QTcpSocket 用于建立连接后使用套接字(Socket)进行通信。

image-20240730120301893

  QTcpServer 是从 QObject 继承的类，它主要用于服务器端建立网络监听，创建网络 Socket 连接。

  服务器端程序首先需要用 QTcpServer::listen() 开始服务器端监听，可以指定监听的 IP 地址和端口，一般一个服务程序只监听某个端口的网络连接。当有新的客户端接入时，QTcpServer内部的 incomingConnection() 函数会创建一个与客户端连接的 QTcpSocket 对象，并添加到内部可用新连接列表，然后发射 newConnection() 信号。在 该信号的槽函数中，可以用 nextPendingConnection() 函数接受客户端的连接，然后使用 QTcpSocket 与客户端通信。在客户端与服务器建立 TCP 连接后，具体的数据通信是通过 QTcpSocket 完成的。

QTcpServer 类的主要接口函数：

image-20240730120510179

  QTcpSocket 类是从 QIODevice 间接继承的类，所以具有流数据读写的功能。一个 QTcpSocket 实例既可以接收数据也可以发送数据，且接收与发射是异步工作的，有各自的缓冲区。QTcpSocket 类除了构造函数和析构函数，其他函数都是从 QAbstractSocket 继承或重定义的。

  TCP 客户端使用 QTcpSocket 与 TCP 服务器建立连接并通信。客户端的 QTcpSocket 实例首先通过 connectToHost() 尝试连接到服务器，需要指定服务器的 IP 地址和端口。connectToHost() 以异步方式连接服务器，即以非阻塞程序运行，connectToHost() 成功连接到服务器发射 connected() 信号。如果需要使用阻塞方式连接服务器，则使用 waitForConnected() 函数阻塞程序运行，直到建立 socket 连接。与服务器端建立 socket 连接后，就可以向缓冲区写数据或从接收缓冲区读取数据，实现数据的通信。当缓冲区有新数据进入时 会发射 readyRead() 信号，一般在此信号的槽函数里读取缓冲区数据。

QAbstractSocket 用于 TCP 通信的主要接口函数：

image-20240730121919073

2.TCP 服务器端程序设计

TCP 服务器端程序应具有以下功能：

  • 根据指定 IP 地址和端口打开网络监听，有客户端连接时创建 socket 连接
  • 采用基于行的数据通信协议，可以接收客户端发来的消息，也可以向客户端发送消息
  • 在状态栏显示服务器监听状态和 socket 的状态

2.1 主窗口定义与构造函数

   TCPServer 是一个基于 QMainWindow 的应用程序，界面是由 UI 设计器设计，设计如下：

image-20240730133815816

  主窗口类 MainWindow 定义如下：

mainwindow.h：

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>

#include    <QTcpServer>
#include    <QLabel>

namespace Ui {
class MainWindow;
}

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

private:
    QLabel  *LabListen;//状态栏标签
    QLabel  *LabSocketState;//状态栏标签
    QTcpServer *tcpServer; //TCP服务器
    QTcpSocket *tcpSocket;//TCP通讯的Socket

    QString getLocalIP();//获取本机IP地址

protected:
    void    closeEvent(QCloseEvent *event);

public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
    ~MainWindow();

private slots:
//自定义槽函数
    void    onNewConnection();//QTcpServer的newConnection()信号

    void    onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState);
    void    onClientConnected(); //Client Socket connected
    void    onClientDisconnected();//Client Socket disconnected
    void    onSocketReadyRead();//读取socket传入的数据
//UI生成的
    void on_actStart_triggered();
    void on_actStop_triggered();
    void on_actClear_triggered();
    void on_btnSend_clicked();
    void on_actHostInfo_triggered();

private:
    Ui::MainWindow *ui;
};

#endif // MAINWINDOW_H

私有变量：

  • tcpServer：用于建立 TCP 服务器
  • tcpSocket：用于与客户端进行 socket 连接和通信。
  • LabListen：用于显示服务器监听状态
  • LabSocketState：用于显示 socket 的状态

槽函数：

  • onNewConnection()函数：

    当有新客户端接入时，会发射 newConnection()信号，连接到该槽函数，在该槽函数中可以调用 nextPendingConnection() 函数获取与接入连接进行通信的 socket，然后将 socket 的几个信号与相应的槽函数连接起来。

  • onClientConnected()函数：

    当 tcpSocket 与服务器连接建立时，发射 connected() 信号，连接到该槽函数。

  • onClientDisconnected()函数：

    当 tcpSocket 与服务器连接断开时，发射 disconnected() 信号，连接到该槽函数。

  • onSocketStateChange()函数：

    当 tcpSocket 状态发生变化时，发射 stateChanged() 信号，连接到该槽函数。

  • onSocketReadyRead()函数：

    当 tcpSocket 发射 readyRead() 信号时，连接到该槽函数。

构造函数：

  构造函数创建状态栏上的标签用于信息显示，调用自定义函数 getLocalIP()获取本机 IP 地址，并显示到标题栏上。创建 QTcpServer 实例 tcpServer，并将其 newConnection() 信号与 onNewConnection() 槽函数关联。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    LabListen=new QLabel("监听状态:");
    LabListen->setMinimumWidth(150);
    ui->statusBar->addWidget(LabListen);

    LabSocketState=new QLabel("Socket状态：");//
    LabSocketState->setMinimumWidth(200);
    ui->statusBar->addWidget(LabSocketState);

    QString localIP=getLocalIP();//本机IP
    this->setWindowTitle(this->windowTitle()+"----本机IP："+localIP);
    ui->comboIP->addItem(localIP);

    tcpServer=new QTcpServer(this);
    connect(tcpServer,SIGNAL(newConnection()),this,SLOT(onNewConnection()));
}

QString MainWindow::getLocalIP()
{//获取本机IPv4地址
    QString hostName=QHostInfo::localHostName();//本地主机名
    QHostInfo   hostInfo=QHostInfo::fromName(hostName);
    QString   localIP="";

    QList<QHostAddress> addList=hostInfo.addresses();//

    if (!addList.isEmpty())
    for (int i=0;i<addList.count();i++)
    {
        QHostAddress aHost=addList.at(i);
        if (QAbstractSocket::IPv4Protocol==aHost.protocol())
        {
            localIP=aHost.toString();
            break;
        }
    }
    return localIP;
}

2.2 网络监听与 socket 连接的建立

网络监听：

  作为 TCP 服务器，QTcpServer 类需要调用 listen() 函数在本机某个 IP 地址和端口上开始 TCP 监听，以等待 TCP 客户端的接入。单击 “开始监听” 按钮，会触发槽函数，代码如下：

void MainWindow::on_actStart_triggered()
{//开始监听
    QString     IP=ui->comboIP->currentText();//IP地址
    quint16     port=ui->spinPort->value();//端口
    QHostAddress    addr(IP);
    tcpServer->listen(addr,port);//
//    tcpServer->listen(QHostAddress::LocalHost,port);// Equivalent to QHostAddress("127.0.0.1").
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**开始监听...");
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**服务器地址："
                       +tcpServer->serverAddress().toString());
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**服务器端口："
                       +QString::number(tcpServer->serverPort()));

    ui->actStart->setEnabled(false);
    ui->actStop->setEnabled(true);

    LabListen->setText("监听状态：正在监听");
}
  • IP 地址可以是表示本机的 “127.0.0.1”，或是本机的实际 IP 地址。

socket 连接的建立：

  tcpServer 开始监听后，TCPClient 就可以通过 IP 地址和端口连接到此服务器。当有客户端接入时， tcpServer 会发射 newConnection() 信号，此信号关联到 onNewConnection()槽函数。在该槽函数中可以调用 nextPendingConnection() 函数获取与接入连接进行通信的 socket，然后将 socket 的几个信号与相应的槽函数连接起来。代码如下：

void MainWindow::onNewConnection()
{
//    ui->plainTextEdit->appendPlainText("有新连接");
    tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection(); //创建socket

    connect(tcpSocket, SIGNAL(connected()),
            this, SLOT(onClientConnected()));
    onClientConnected();//

    connect(tcpSocket, SIGNAL(disconnected()),
            this, SLOT(onClientDisconnected()));

    connect(tcpSocket,SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),
            this,SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
    onSocketStateChange(tcpSocket->state());

    connect(tcpSocket,SIGNAL(readyRead()),
            this,SLOT(onSocketReadyRead()));
}

  QTcpSocket 的这几个信号的作用是：

  • connected()信号，客户端 socket 连接建立时发射此信号
  • disconnected() 信号，客户端 socket 连接断开时发射此信号
  • stateChanged() 信号，socket 状态变化时发射此信号
  • readyRead() 信号，socket 的读取缓冲区有新数据时发射此信号

这几个信号对应的槽函数如下：

void MainWindow::onClientConnected()
{//客户端接入时
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**client socket connected");
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**peer address:"+
                                   tcpSocket->peerAddress().toString());
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**peer port:"+
                                   QString::number(tcpSocket->peerPort()));
}

void MainWindow::onClientDisconnected()
{//客户端断开连接时
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**client socket disconnected");
    tcpSocket->deleteLater();
    //    deleteLater();//QObject::deleteLater();
}

void MainWindow::onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState)
{//socket状态变化时
    switch(socketState)
    {
    case QAbstractSocket::UnconnectedState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：UnconnectedState");
        break;
    case QAbstractSocket::HostLookupState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：HostLookupState");
        break;
    case QAbstractSocket::ConnectingState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：ConnectingState");
        break;

    case QAbstractSocket::ConnectedState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：ConnectedState");
        break;

    case QAbstractSocket::BoundState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：BoundState");
        break;

    case QAbstractSocket::ClosingState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：ClosingState");
        break;

    case QAbstractSocket::ListeningState:
        LabSocketState->setText("scoket状态：ListeningState");
    }
}

void MainWindow::onSocketReadyRead()
{//读取缓冲区行文本
    while(tcpSocket->canReadLine())
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("[in] "+tcpSocket->readLine());
}

停止监听：

  TCP 服务器停止监听，只需调用 QTcpServer 的 close () 函数即可。单击 “停止监听” 按钮，其响应槽函数代码如下：

void MainWindow::on_actStop_triggered()
{//停止监听
    if (tcpServer->isListening()) //tcpServer正在监听
    {
        tcpServer->close();//停止监听
        ui->actStart->setEnabled(true);
        ui->actStop->setEnabled(false);
        LabListen->setText("监听状态：已停止监听");
    }
}

2.3 与 TCP 客户端进行数据通信

  TCP 服务器端和客户端之间通过 QTcpSocket 通信时，需要规定两者之间的通信协议，即传输的数据内容如何解析。 QTcpSocket 间接继承于 QIODevice，所以支待流读写功能。

  Socket 之间的数据通信协议一般有两种方式：基于行的或基于数据块的。

  • 基于行的数据通信协议一般用于纯文本数据的通信，每一行数据以一个换行符结束。一般是通过调用 canReadLine() 函数判断是否有新的一行数据需要读取，再调用 readLine() 函数读取一行数据，例如：

    //读取缓冲区行文本
while(tcpSocket->canReadLine())
     ui->plainTextEdit->appendPlainText("[in] "+tcpSocket->readLine());

  • 基于块的数据通信协议用于一般的二进制数据的传输，需要自定义具体的格式。

发送数据：

  将输入文本框中的字符串转换为 QByteArray 类型的字节数组，然后调用 QIODevice 的 write() 函数写入缓冲区，这样就完成向客户端发送一行文字。单击 “发送信息” 按钮，会触发上述内容，代码如下：

void MainWindow::on_btnSend_clicked()
{//发送一行字符串，以换行符结束
    QString  msg=ui->editMsg->text();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[out] "+msg);
    ui->editMsg->clear();
    ui->editMsg->setFocus();

    QByteArray  str=msg.toUtf8();
    str.append('\n');//添加一个换行符
    tcpSocket->write(str);
}

读取数据：

  QTcpSocket 接收到来自客户端的数据后，会发射 readyRead() 信号，在其槽函数中需要读取行缓冲区的数据。代码如下：

void MainWindow::onSocketReadyRead()
{//读取缓冲区行文本
    while(tcpSocket->canReadLine())
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("[in] "+tcpSocket->readLine());
}

这样，TCPServer 就可以与 TCPClient 之间进行双向通信了，且这个连接将一直存在，直到某一方的 QTcpSocket 对象调用 disconnectFromHost() 函数断开 socket 连接。

运行效果图：

image-20240730150454758

3.TCP 客户端程序设计

  客户端程序 TCPClient 只需要使用一个 QTcpSocket 对象，就可以和服务器端程序 TCPServer 进行通信。

TCP 客户端程序应具有以下功能：

  • 通过 IP 地址和端口号连接到服务器
  • 采用基于行的数据通信协议，与服务器端收发消息
  • 处理 QTcpSocket 的 StateChange() 信号，在状态栏显示 socket 的状态

3.1 主窗口定义与构造函数

   TCPClient 是一个基于 QMainWindow 的应用程序，界面是由 UI 设计器设计，设计如下：

image-20240730144529288

  主窗口定义如下：

mainwindow.h：

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include    <QTcpSocket>
#include    <QLabel>

namespace Ui {
class MainWindow;
}

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT
private:
    QTcpSocket  *tcpClient;  //socket
    QLabel  *LabSocketState;  //状态栏显示标签

    QString getLocalIP();//获取本机IP地址
protected:
    void    closeEvent(QCloseEvent *event);
public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
    ~MainWindow();

private slots:
//自定义槽函数
    void    onConnected();
    void    onDisconnected();
    void    onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState);
    void    onSocketReadyRead();//读取socket传入的数据
//
    void on_actConnect_triggered();
    void on_actDisconnect_triggered();
    void on_actClear_triggered();
    void on_btnSend_clicked();

private:
    Ui::MainWindow *ui;
};

#endif // MAINWINDOW_H

私有变量：

  • tcpClient：用于socket 连接与通信
  • LabSocketState：用于显示 socket 状态

槽函数：自定义了几个槽函数，用于与 tcpClient 的相关信号关联。

构造函数：

  构造函数主要功能是创建 tcpClient，设置状态栏标签，往下拉列表组件中添加本机 IP，最后建立信号与槽函数的关联。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    tcpClient=new QTcpSocket(this); //创建socket变量

    LabSocketState=new QLabel("Socket状态：");//状态栏标签
    LabSocketState->setMinimumWidth(250);
    ui->statusBar->addWidget(LabSocketState);

    QString localIP=getLocalIP();//本机IP
    this->setWindowTitle(this->windowTitle()+"----本机IP："+localIP);
    ui->comboServer->addItem(localIP);


    connect(tcpClient,SIGNAL(connected()),this,SLOT(onConnected()));
    connect(tcpClient,SIGNAL(disconnected()),this,SLOT(onDisconnected()));

    connect(tcpClient,SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),
            this,SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
    connect(tcpClient,SIGNAL(readyRead()),
            this,SLOT(onSocketReadyRead()));
}

3.2 与服务器端建立 socket 连接

  通过调用 QTcpSocket 的函数 connectToHost() 连接到服务器，也可以使用 disconnectFromHost() 函数断开与服务器的连接。其代码如下：

void MainWindow::on_actConnect_triggered()
{//连接到服务器
    QString     addr=ui->comboServer->currentText();
    quint16     port=ui->spinPort->value();
    tcpClient->connectToHost(addr,port);
//    tcpClient->connectToHost(QHostAddress::LocalHost,port);
}

void MainWindow::on_actDisconnect_triggered()
{//断开与服务器的连接
    if (tcpClient->state()==QAbstractSocket::ConnectedState)
        tcpClient->disconnectFromHost();
}

void MainWindow::onConnected()
{ //connected()信号槽函数
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**已连接到服务器");
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**peer address:"+
                                   tcpClient->peerAddress().toString());
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**peer port:"+
                                   QString::number(tcpClient->peerPort()));
    ui->actConnect->setEnabled(false);
    ui->actDisconnect->setEnabled(true);
}

void MainWindow::onDisconnected()
{//disConnected()信号槽函数
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**已断开与服务器的连接");
    ui->actConnect->setEnabled(true);
    ui->actDisconnect->setEnabled(false);
}

3.3 与 TCPServer 的数据收发

  TCPClient 与 TCPServer 之间采用基于行的数据通信协议。

发送数据：

  将输入文本框中的字符串转换为 QByteArray 类型的字节数组，然后调用 QIODevice 的 write() 函数写入缓冲区，这样就完成向服务器端发送一行文字。单击 “发送信息” 按钮，会触发上述内容，代码如下：

void MainWindow::on_btnSend_clicked()
{//发送数据
    QString  msg=ui->editMsg->text();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[out] "+msg);
    ui->editMsg->clear();
    ui->editMsg->setFocus();

    QByteArray  str=msg.toUtf8();
    str.append('\n');
    tcpClient->write(str);
}

接收数据：

  QTcpSocket 接收到来自服务器端的数据后，会发射 readyRead() 信号，在其槽函数中需要读取行缓冲区的数据。代码如下：

void MainWindow::onSocketReadyRead()
{//readyRead()信号槽函数
    while(tcpClient->canReadLine())
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("[in] "+tcpClient->readLine());
}

运行结果：

image-20240730150519960

4.小结

  上述客户端与服务端程序只是为了演示 TCP 通信的基本原理，TCPServer 只允许一个TCPClient 客户端接入。而一般的 TCP 服务器程序允许多个客户端接入，为了使每个 socket 连接独立通信互不影响，一般采用多线程 ，即为一个 socket 连接创建一个线程。

  上述的数据通信采用基于行的通信协议，这种 socket 通信方式只能传输字符串数据。QTcpSocket 间接继承于 QIODevice，可以使用数据流的方式传输二进制数据流，例如传输图片、任意格式文件等，但是这涉及到服务器端和客户端之间通信协议的定义。

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迈尔沃护眼大路灯怎么样&#xff1f;作为一名专业的实测博主&#xff0c;温馨提示大家&#xff0c;虽然护眼落地灯是个好东西&#xff0c;它能够提供柔和舒适的环境光&#xff0c;减少对眼睛的伤害&#xff0c;但是千万别乱买跟风&#xff0c;盲目入手踩雷率80%以上。那么如何辨…
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SpringBoot集成 Druid 连接池及监控配置详解

SpringBoot集成 Druid 连接池及监控配置详解

Spring Boot 集成 Druid 连接池及监控配置详解 Spring Boot 是当前 Java 开发中的热门框架&#xff0c;而在数据库连接池的选择上&#xff0c;Druid 因其性能和功能强大也备受青睐。在这篇文章中&#xff0c;我们将深入探讨如何在 Spring Boot 项目中集成 Druid 连接池&#x…
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大厂linux面试题攻略二之Linux系统管理

大厂linux面试题攻略二之Linux系统管理

一、Linux系统管理权限优化类 1.简述Linux权限划分原则&#xff08;经验类&#xff09; 文件权限&#xff1a; 默认权限&#xff1a; 特殊权限; ACL权限&#xff1a; sudo授权&#xff1a; 文件系统属性权限&#xff1a; 解题思路&#xff1a; 注意权限分离(Linux系统…
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入门 PyQt6 看过来（案例）17~ 表格

入门 PyQt6 看过来（案例）17~ 表格

PyQt6提供了两种用于有规律地呈现更多数据的控件&#xff0c;一种是表格结构的控件(QTableView)&#xff0c;另一种是树形结构的控件(QTreeView)。表格控件属于QTableView类&#xff0c;QTableWidget继承于QTableView。 1 QTableView 表格控件 QTableView控件中QStandItemMod…
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安胜：促进数据跨境有序流动 赋能企业数字化转型

安胜：促进数据跨境有序流动 赋能企业数字化转型

数字化转型浪潮中&#xff0c;数据出境面临众多机遇与挑战。从业务角度&#xff0c;经济全球化推动外商投资、跨境业务等业务合作&#xff0c;企业数据跨境流动需求强烈&#xff0c;但数据违规现象频发&#xff0c;不仅导致巨大经济损失&#xff0c;还挑战了国家安全。从监管层…
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什么是 HTTP/3？HTTP/3 为何席卷全球？HTTP/3 中有什么新内容？为什么需要它？

什么是 HTTP/3？HTTP/3 为何席卷全球？HTTP/3 中有什么新内容？为什么需要它？

超文本传输​​协议 ( HTTP ) 是互联网的基石&#xff0c;有助于加载网页、流式传输视频以及为您最喜爱的应用程序获取数据。 去年 &#xff0c;负责定义互联网技术的组织 互联网工程任务组 ( IETF )对该协议的新版本 HTTP/3 进行了标准化。自那时起&#xff0c;HTTP/3 和相关…
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KubeSphere 部署向量数据库 Milvus 实战指南

KubeSphere 部署向量数据库 Milvus 实战指南

作者&#xff1a;运维有术星主 Milvus 是一个为通用人工智能&#xff08;GenAI&#xff09;应用而构建的开源向量数据库。它以卓越的性能和灵活性&#xff0c;提供了一个强大的平台&#xff0c;用于存储、搜索和管理大规模的向量数据。Milvus 能够执行高速搜索&#xff0c;并以…
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