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Linux 多线程并发Socket服务端的实现

系列文章目录
一、Linux线程的介绍
二、多线程并发服务端的实现

一、Linux线程的介绍

（1）头文件
#include < pthread.h >
（2）创建线函数
int pthread_create( pthread_t * restrict thread, const pthread_attr_t * restrict attr, void* (* start_routine)(void *), void * restrict arg );
成功时返回0，失败时返回其他值。
– thread : 保存新创建线程ID的变量地址。区分不同线程；
– attr : 用于传递线程属性的参数，传递NULL时，创建默认属性的线程；
– start_routine : 相当于线程main函数的、在单独执行流中执行的函数的地址值（函数指针）；
– arg : 通过第三个函数传递调用函数时包含传递参数信息的变量地址值。
调用pthread_join函数 - 与之聚合（等待线程终止）
int pthread_join(pthread_t thread, void ** status);
成功时返回0，失败时返回其他值。
– thread : 该参数值ID的线程终止后才会从该函数返回；
– status : 保存线程的main函数返回值的指针变量地址值。
调用pthread_detach函数 - 与之分离
int pthread_detach(pthread_t thread);
成功时返回0，失败时返回其他值。
– thread 终止的同时需要销毁的线程ID。
（3）互斥量
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutex * attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t * mutex);
成功时返回0，失败时返回其他值。
– mutex 创建互斥量时传递保存互斥量的变量地址值，销毁时传递需要销毁的互斥量的地址值；
– attr 传递即将创建的互斥量属性，没有特别需要指定的属性时传递NULL。
int pthread_mutex_lock(pthred_mutex_t * mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);
成功时返回0，失败时返回其他值。
互斥量锁。
（4）信号量
#include< semaphore.h >
int sem_init (sem_t * sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_destroy (sem_t * sem);
成功时返回0，失败时返回其他值。
– sem :创建信号时传递保存信号量的变量的地址值，销毁时传递需要销毁的信号量变量地址值；
– pshared :传递其他值时，创建可由多个进程共享的信号量；传递0时，创建只允许1个进程内部使用的信号量；
– value :指定新创建信号量的初始值。
int sem_post (sem_t * sem);
int sem_wait (sem_t * sem);
成功时返回0，失败时返回其他值。
– sem :传递保存信号量读取值的变量地址值，传递给sem_post时信号量增1，传递给sem_wait时信号量减1,信号值不能小于0，因此，在信号量为0的时候调用sem_wait函数时，线程进入阻塞状态。

二、多线程并发服务端的实现

如下介绍是多个客户端之间可以交换信息的简单的聊天程序（不是严格的商业代码）。

chart_server.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#define BUF_SIZE 100
#define MAX_CLNT 256

void * handle_clnt(void * arg);
void send_msg(char * msg, int len);
void error_handling(char * msg);
int clnt_cnt = 0;
int clnt_socks[MAX_CLNT];
pthread_mutex_t mutex;

int main(int argc, char *argv[])
{
	//用来管理接入的客户端套接字的变量和数组。访问这两个变量的代码将构成临界区
	int serv_sock, clnt_sock; 
	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
	int clnt_adr_sz;
	pthread_t t_id;
	if(argc != 2){
		printf("Usage : %s <port> \n", argv[0]);
		exit(1);
	}

	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
	serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	
	memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
	serv_adr.sin_family = AF_INET;
	serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

	if(bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
		error_handling("bind() error");
	if(listen(serv_sock, 5) == -1)
		error_handling("listen() error");
	
	while(1)
	{
		clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
		clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);

		pthread_mutex_lock(&mutex);
		//每当有新的连接时，将相关信息写入变量clnt_cnt和clnt_socks
		clnt_socks[clnt_cnt++] = clnt_sock;
		pthread_mutex_unlock(&mutex);

		//创建线程向新连入的客户端提供服务
		pthread_create(&t_id, NULL, handle_clnt, (void*)&clnt_sock);
		//调用pthread_detach函数从内存中完全销毁已终止的线程
		pthread_detach(t_id);
		printf("Connected client IP: %s \n", inet_ntoa(clnt_adr.sin_addr));
	}
	close(serv_sock);
	return 0;
}

void * handle_clnt(void * arg)
{
	int clnt_sock = *((int*)arg);
	int str_len = 0, i;
	char msg[BUF_SIZE];

	while((str_len = read(clnt_sock, msg, sizeof(msg))) != 0)
		send_msg(msg, str_len);
	
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	for(i = 0; i < clnt_cnt; i++) //remove disconnected client
	{
		if(clnt_sock == clnt_socks[i])
		{
			while(i++ < clnt_cnt - 1)
				clnt_socks[i] = clnt_socks[i + 1];
			break;
		}
	}
	clnt_cnt--;
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	close(clnt_sock);
	return NULL;
}

//该函数负责向所有客户端发送消息
void send_msg(char *msg, int len) // send to all
{
	int i;
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	for(i = 0; i < clnt_cnt; i++)
		write(clnt_socks[i], msg, len);
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void error_handling(char *msg)
{
	fputs(msg, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

chat_clnt.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#define BUF_SIZE 100
#define NAME_SIZE 20

void * send_msg(void *arg);
void * recv_msg(void *arg);
void error_handling(char *msg);

char name[NAME_SIZE] = "[DEFAULT]";
char msg[BUF_SIZE];

int main(int argc, char *argv[])
{
	int sock;
	struct sockaddr_in serv_addr;
	pthread_t snd_thread, rcv_thread;
	void *thread_return;
	if(argc != 4){
		printf("Usage : %s <IP> <port> <name> \n", argv[0]);
		exit(1);
	}
	
	sprintf(name, "[%s]", argv[3]);
	sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
	serv_addr.sin_family = AF_INET;
	serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
	serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

	if(connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
		error_handling("connect() error");
	
	pthread_create(&snd_thread, NULL, send_msg, (void *)&sock);
	pthread_create(&rcv_thread, NULL, recv_msg, (void *)&sock);
	pthread_join(snd_thread, &thread_return);
	pthread_join(rcv_thread, &thread_return);
	close(sock);
	return 0;
}

void *send_msg(void *arg) //send thread main
{
	int sock = *((int *)arg);
	char name_msg[NAME_SIZE + BUF_SIZE];
	while(1)
	{
		fgets(msg, BUF_SIZE, stdin);
		if(!strcmp(msg, "q\n") || !strcmp(msg, "Q\n"))
		{
			close(sock);
			exit(0);
		}
		sprintf(name_msg, "%s %s", name, msg);
		write(sock, name_msg, strlen(name_msg));
	}
	return NULL;
}

void *recv_msg(void * arg) //read thread main
{
	int sock = *((int *) arg);
	char name_msg[NAME_SIZE + BUF_SIZE];
	int str_len;
	while(1)
	{
		str_len = read(sock, name_msg, NAME_SIZE + BUF_SIZE - 1);
		if(str_len == -1)
			return (void *) - 1;
		name_msg[str_len] = 0;
		fputs(name_msg, stdout);
	}
	return NULL;
}

void error_handling(char *msg)
{
	fputs(msg, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}