（三）多线程TCP服务端程序

图片来源：https://subingwen.cn/linux/concurrence

主线程负责监听和连接多个客户端，子线程负责和对应的客户端进行通信（完成数据的接收和发送）。

服务端与3个客户端连接并进行通信：

多线程服务端

server.cpp

#include <iostream>
#include <thread>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <vector>

// SockInfo 结构体，包含文件描述符、线程ID和地址信息
struct SockInfo {
    int fd;                      // 通信文件描述符
    sockaddr_in addr;            // 地址信息
};

// 最大连接数128
std::vector<SockInfo> infos(128);

// 线程工作函数，处理客户端通信
void working(SockInfo* info) {
    while (true) {
            char buf[1024]; // 每一个线程都有一个独立的缓冲区
            int len = recv(info->fd, buf, sizeof(buf), 0);  // 从客户端读取数据
            if (len == 0) {
                  std::cout << "端口号" << ntohs(info->addr.sin_port)<<  "的客户端已经关闭连接..." << std::endl;
                  info->fd = -1;  // 关闭连接，释放资源
                  break;
            } else if (len == -1) {
                  std::cerr << "接收数据失败..." << std::endl;
                  info->fd = -1;
                  break;
            } else {

                  std::cout << "端口号" << ntohs(info->addr.sin_port)<< "的客户端: " << buf << std::endl;  // 打印客户端发送的消息
                  sprintf(buf, "你好, 客户端\n");  // 格式化字符串
                  send(info->fd, buf, strlen(buf), 0);  // 回应客户端
            }
    }
}

int main() {
      // 1. 创建用于监听的套接字
      int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
      if (fd == -1) {
            perror("socket");
            exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // 2. 绑定套接字
      sockaddr_in addr;
      addr.sin_family = AF_INET;           // ipv4
      addr.sin_port = htons(10000);         // 设置端口号并转换为网络字节序
      inet_pton(AF_INET, "172.31.108.107", &addr.sin_addr.s_addr); // 指定IP地址
      int ret = bind(fd, (sockaddr*)(&addr), sizeof(addr));
      if (ret == -1) {
            perror("bind");
            exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // 3. 设置监听（主线程）
      ret = listen(fd, 100);
      if (ret == -1) {
            perror("listen");
            exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // 4. 等待连接请求
      socklen_t len = sizeof(sockaddr);

      // 初始化连接信息
      for (auto& info : infos) {
            info.fd = -1;
      }

      while (true) {
            // 查找一个可用的 SockInfo
            SockInfo* pinfo = nullptr;
            for (auto& info : infos) {
                  if (info.fd == -1) {
                        pinfo = &info;
                        break;
                  }
            }

            if (!pinfo) {
                  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));  // 等待空闲连接位
                  continue;
            }

            // 5. 接受客户端连接（主线程）
            int connfd = accept(fd, reinterpret_cast<sockaddr*>(&pinfo->addr), &len);
            std::cout << "parent thread, connfd: " << connfd << std::endl;
            if (connfd == -1) {
                  perror("accept");
                  exit(EXIT_FAILURE);
            }

            pinfo->fd = connfd;  // 保存客户端的文件描述符

            // 6. 创建子线程与客户端进行通信
            std::thread t(working, pinfo);

            // 7. 分离线程
            t.detach();
      }

      // 关闭监听套接字
      close(fd);

      return 0;
}

编译和运行：

g++ server.cpp -o server -pthread
./server

客户端

client.cpp

#include <iostream>     // std::cout, std::cerr
#include <cstdlib>     // std::exit
#include <unistd.h>     // close, sleep
#include <cstring>      // memset, strlen
#include <arpa/inet.h>  // socket, connect, inet_pton, htons

int main()
{
      // 1. 创建通信的套接字
      int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // 创建一个TCP套接字
      if (fd == -1)
      {
            perror("socket");  // 错误处理
            std::exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // 2. 连接服务器
      sockaddr_in addr;  // 用于存储服务器地址信息
      addr.sin_family = AF_INET; // 地址族，IPv4
      addr.sin_port = htons(10000);   // 大端端口转换
      inet_pton(AF_INET, "172.31.108.107", &addr.sin_addr.s_addr); // 将IP地址转换为网络字节顺序

      int ret = connect(fd, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); // 连接到服务器
      if (ret == -1)
      {
            perror("connect");  // 错误处理
            std::exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // 3. 和服务器端通信
      int number = 0;
      while (true)
      {
            // 发送数据
            char buf[1024];  // 数据缓冲区
            sprintf(buf, "你好, 服务器...%d", number++);  // 格式化字符串
            send(fd, buf, strlen(buf), 0);  // 发送数据
            
            // 接收数据
            memset(buf, 0, sizeof(buf));  // 清空缓冲区
            int len = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);  // 从服务器读取数据
            if (len > 0)
            {
                  std::cout << "服务器: " << buf;  // 打印服务器发送的消息
            }
            else if (len == 0)
            {
                  std::cout << "服务器断开了连接..." << std::endl;  // 服务器断开连接
                  break;
            }
            else
            {
                  perror("recv");  // 错误处理
                  break;
            }
            sleep(1);   // 每隔1秒发送一条数据
      }

      close(fd);  // 关闭套接字

      return 0;
}

编译和运行：

g++ client.cpp -o client
./client