文章目录
- 网络编程套接字(3)
- 4. 简单的TCP网络程序
- 4.1 服务端创建
- (1) 创建套接字
- (2) 绑定端口
- (3) 监听
- (4) 获取新连接
- (5) 处理读取与写入
- 4.2 客户端创建
- (1)连接服务器
- 4.3 代码编写
- (1) v1__简单发送消息
- (2) v2_多进程版本
- (3) v3_多线程版本
- (4) v4_线程池版本
网络编程套接字(3)
4. 简单的TCP网络程序
4.1 服务端创建
(1) 创建套接字
还是之前udp部分的socket函数，这里只是简单说明一下与udp的差异
int socket(int domain, int type, int protocol);
只需将第二个参数type换成：
SOCK_STREAM: 基于TCP的网络通信，流式套接字，提供的是流式服务(对应TCP的特点：面向字节流)
(2) 绑定端口
还是和之前一样的接口
(3) 监听
UDP服务器的初始化操作只有2步，第一步：创建套接字，第二步：是绑定。但是TCP服务器是面向连接的，客户端在正式向TCP服务器发送数据之前，需要先与TCP服务器建立连接，然后才能与服务器进行通信。
因此TCP服务器需要时刻注意是否有客户端发来连接请求，此时就需要将TCP服务器创建的套接字设置为监听状态
listen for connections on a socket: 监听套接字上的连接
头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
函数原型:
int listen(int sockfd, int backlog);
参数说明:
第一个参数sockfd: 需要设置为监听状态的套接字对应的文件描述符
第二个参数backlog: 这里当成一个整数,后续详细解释
返回值:
监听成功: 返回0
监听失败: 失败返回-1，并设置错误码
(4) 获取新连接
客户端有新链接到来，服务端可以获取到新链接，这一步需要死循环获取客户端新链接。
accept a connection on a socket: 接收套接字上的连接
头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
函数原型:
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数说明:
第一个参数sockfd: 监听套接字
第二个参数addr: 获取对方一端网络相关的属性信息
第三个参数addrlen: addr的长度
返回值:
连接成功: 返回接收到的套接字的文件描述符
连接失败: 失败返回-1，并设置错误码
关于accept的返回值: 也是一个文件描述符
为什么又返回一个新的文件描述符？？返回的这个新的文件描述符跟旧的文件描述符_sockfd有什么关系？
感性理解:
对比listen监听套接字与accept函数返回的套接字
- listen监听套接字：用于获取客户端发来的连接请求。accept函数会不断从监听套接字当中获取新连接
- accept函数返回的套接字：用于为本次accept获取到的连接提供服务。
- 而listen监听套接字的任务只是不断获取新连接，而真正为这些连接提供服务的套接字是accept函数返回的套接字，而不是监听套接字。
(5) 处理读取与写入
因为TC 提供的是流式服务，所以这里利用read和write来实现读取与写入
4.2 客户端创建
4步：创建套接字，客户端向服务器发起连接请求，bind(不需要自己绑定，由OS自动分配)，处理数据读取与写入
(1)连接服务器
initiate a connection on a socket: 在套接字上发起连接
头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
函数原型:
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数说明:
第一个参数sockfd: 表示通过该套接字发起连接请求
第二个参数addr: 对方一端网络相关的属性信息
第三个参数addrlen: addr的长度
返回值：
连接成功: 返回0
连接失败: 失败返回-1，并设置错误码
4.3 代码编写
这里一共提供4个版本的tcp代码
err.hpp：这个代码是公用的后续不在给出
#pragma once
enum
{
USAGE_ERR=1,
SOCKET_ERR,
BIND_ERR,
LISTEN_ERR,
CONNECT_ERR,
};
(1) v1__简单发送消息
客户端向服务端发送消息，服务端收到后再把消息发回给客户端
tcpServer.hpp
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include"err.hpp"
using namespace std;
// 问题: 目前的服务器, 无法处理多个client的问题, 为什么?
// 单进程服务, 当服务端向客户端提供业务处理服务时, 没有办法accet, 不能处理连接
namespace ns_server
{
static const uint16_t defaultport=8081;
static int backlog=32;
using func_t=function<string(const string&)>; // 回调函数,一种处理逻辑
class TcpServer
{
public:
TcpServer(func_t func, uint16_t port=defaultport)
:func_(func)
,port_(port)
,quit_(true)
{
}
void InitServer()
{
// 1. 创建socket文件
listensock_=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listensock_<0)
{
cerr<<"create socket error"<<endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// 2. bind
struct sockaddr_in local;
memset(&local,0,sizeof(local));
local.sin_port=htons(port_);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
int n=bind(listensock_,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
if(n<0)
{
cerr<<"bind socket error"<<endl;
exit(BIND_ERR);
}
// 3. 监听
int m=listen(listensock_,backlog);
if(m<0)
{
cerr<<"listen socket error"<<endl;
exit(LISTEN_ERR);
}
}
void Start()
{
quit_=false;
while(!quit_)
{
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
// 4. 获取连接, accept
int sock=accept(listensock_,(struct sockaddr*)&client,&len);
if (sock < 0) // accept失败并不会终止进程, 只要获取下一个连接
{
cerr << "accept error" << endl;
continue;
}
// 提取client信息 --- debug
string clientip=inet_ntoa(client.sin_addr); // 把4字节对应的IP转化成字符串风格
uint16_t clientport=ntohs(client.sin_port); // 网络序列转主机序列
// 5. 获取新连接成功后, 开始进行业务处理
cout<<"获取新连接成功: "<<sock<<" from "<<listensock_<<", "<< clientip << "- " <<clientport<<endl;
// v1
service(sock,clientip,clientport);
}
}
// 流式 - 利用read和write
void service(int sock, const string&clientip,const uint16_t clientport)
{
string who=clientip + "-" + to_string(clientport);
char buffer[1024];
while(true)
{
ssize_t s=read(sock,buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)
{
buffer[s]=0;
string res=func_(buffer); // 进行回调
cout<<who<< ">>> " <<res<<endl;
// 把收到的消息返回(写给客户端)
write(sock,res.c_str(),res.size());
}
else if(s==0)
{
// 对方将连接关闭了
close(sock);
cout<< who <<" quit, me too"<<endl;
break;
}
else
{
close(sock);
cerr<<"read error: "<<strerror(errno)<<endl;
break;
}
}
}
~TcpServer()
{
}
private:
uint16_t port_;
int listensock_;
bool quit_; // 标志服务器是否运行字段
func_t func_;
};
}
tcpServer.cc
#include"tcpServer.hpp"
using namespace ns_server;
// ./tcp_server port
// 使用手册
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" port\n"<<endl;
}
string echo(const string&message)
{
return message;
}
int main(int argc,char*argv[])
{
if(argc!=2)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
uint16_t port=atoi(argv[1]);
unique_ptr<TcpServer> tsvr(new TcpServer(echo,port));
tsvr->InitServer();
tsvr->Start();
return 0;
}
tcpClient.cc
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include"err.hpp"
using namespace std;
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" serverip serverport\n" <<endl;
}
// ./tcp_client serverip serverport
int main(int argc,char*argv[])
{
// 准备工作
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
string serverip=argv[1];
uint16_t serverport=atoi(argv[2]);
// 1.创建套接字
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (sock < 0)
{
cerr << "create socket error: " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// (2) 客户端要不要bind呢? 要
// 要不要自己bind呢? 不要, 因为client要让OS自动给用户进行bind
// (3) 要不要listen?不要, 客户端连别人, 永远都是别人listen; 要不要accept?不要, 服务器来连接
// 2. connect 客户端向服务器发起连接请求
struct sockaddr_in server;
memset(&server,0,sizeof(server));
server.sin_port=htons(serverport);
server.sin_family=AF_INET;
// server.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; 绝对不是
inet_aton(serverip.c_str(),&(server.sin_addr)); // 字符串风格ip转成点分十进制
int cnt=5;
while(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))!=0) // 连接失败
{
sleep(1);
cout<<"正在给你重连, 重连次数还有: "<<cnt--<<endl;
if(cnt<=0)
break;
}
if(cnt<=0)
{
cerr<<"连接失败"<<endl;
exit(CONNECT_ERR);
}
char buffer[1024];
// 3. 连接成功
while(true)
{
string line;
cout<<"Enter>> ";
getline(cin,line);
write(sock,line.c_str(),line.size());
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
cout<<"server echo >>>"<<buffer<<endl;
}
else if (s == 0)
{
cerr << "server quit" << endl;
break;
}
else
{
cerr << "read error: " << strerror(errno) << endl;
break;
}
}
close(sock);
return 0;
}
运行结果:
(2) v2_多进程版本
v2版本是把单执行流服务器改成多进程版的服务器
-
在accept获取新连接成功后，fork创建创建子进程，此时子进程对外提供服务, 父进程只进行accept
-
父进程的文件描述符会被子进程继承，但并不是父子共用同一张文件描述符表，因为子进程会拷贝继承父进程的文件描述符表
-
对于套接字文件也是相同的，父进程创建的子进程也会继承父进程的套接字文件，此时子进程就能够对特定的套接字文件进行读写操作，进而完成对对应客户端的服务
关于阻塞等待与非阻塞等待
- 若采用阻塞式等待，那么服务端还是需要等待服务完当前客户端，才能继续获取下一个连接请求，此时服务端仍然是以一种串行的方式为客户端提供服务
- 若采用非阻塞式等待，虽然在子进程为客户端提供服务期间服务端可以继续获取新连接，但此时服务端就需要将所有子进程的PID保存下来，并且需要不断花费时间检测子进程是否退出
- 由此可见两种都有缺陷，所以我们可以考虑让服务端不等待子进程退出
常见的方式有两种：
- 捕捉SIGCHLD信号，将其处理动作设置为忽略。
- 让父进程创建子进程，子进程再创建孙子进程，子进程退出，让孙子进程为客户端提供服务，孙进程的回收工作由OS来承担
下面是创建孙进程的方案：
tcpServer.hpp
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include<sys/wait.h>
#include"err.hpp"
using namespace std;
namespace ns_server
{
static const uint16_t defaultport=8081;
static int backlog=32;
using func_t=function<string(const string&)>; // 回调函数,一种处理逻辑
class TcpServer
{
public:
TcpServer(func_t func, uint16_t port=defaultport)
:func_(func)
,port_(port)
,quit_(true)
{
}
void InitServer()
{
// 1. 创建socket文件
listensock_=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listensock_<0)
{
cerr<<"create socket error"<<endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// 2. bind
struct sockaddr_in local;
memset(&local,0,sizeof(local));
local.sin_port=htons(port_);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
int n=bind(listensock_,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
if(n<0)
{
cerr<<"bind socket error"<<endl;
exit(BIND_ERR);
}
// 3. 监听
int m=listen(listensock_,backlog);
if(m<0)
{
cerr<<"listen socket error"<<endl;
exit(LISTEN_ERR);
}
}
void Start()
{
// signal(SIGCHLD,SIG_IGN); // ok, 最推荐
// signal(SIGCHLD,handler); // 回收子进程, 不太推荐
quit_=false;
while(!quit_)
{
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
// 4. 获取连接, accept
int sock=accept(listensock_,(struct sockaddr*)&client,&len);
if (sock < 0) // accept失败并不会终止进程, 只要获取下一个连接
{
cerr << "accept error" << endl;
continue;
}
// 提取client信息 --- debug
string clientip=inet_ntoa(client.sin_addr); // 把4字节对应的IP转化成字符串风格
uint16_t clientport=ntohs(client.sin_port); // 网络序列转主机序列
// 5. 获取新连接成功后, 开始进行业务处理
cout<<"获取新连接成功: "<<sock<<" from "<<listensock_<<", "<< clientip << "- " <<clientport<<endl;
// v2: 多进程版本
// 子进程对外提供服务, 父进程只进行accept
pid_t id=fork();
if(id<0)
{
close(sock);
continue;
}
else if(id==0) // child, 父进程的fd会被子进程继承吗? 会; 父子会用同一张文件描述符表吗?不会, 子进程会拷贝继承父进程的fd table
{
// 建议关闭掉不需要的fd
close(listensock_);
if(fork()>0) exit(0); // 就这一行代码
// 子进程已经退了(则下面的wait立马返回, 回收子进程资源), 孙子进程在运行(无父进程, 变成孤儿进程, 被系统领养),提供服务
// 孙子进程的回收工作由系统来承担
service(sock,clientip,clientport);
exit(0);
}
// 父进程, 一定要关闭不需要的fd(否则会导致父进程的文件描述符变少, 即父进程文件描述符资源的浪费[文件描述符泄露])
close(sock);
// 不等待子进程, 会导致子进程僵尸之后无法回收, 近而导致内存泄漏
pid_t ret=waitpid(id,nullptr,0); // 父进程默认是阻塞的, waitpid(id,nullptr,WNOHANG);不推荐
if(ret==id)
cout<< "wait child "<<id<< " success" <<endl;
}
}
// 流式 - 利用read和write
void service(int sock, const string&clientip,const uint16_t clientport)
{
string who=clientip + "-" + to_string(clientport);
char buffer[1024];
while(true)
{
ssize_t s=read(sock,buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)
{
buffer[s]=0;
string res=func_(buffer); // 进行回调
cout<<who<< ">>> " <<res<<endl;
// 把收到的消息返回(写给客户端)
write(sock,res.c_str(),res.size());
}
else if(s==0)
{
// 对方将连接关闭了
close(sock);
cout<< who <<" quit, me too"<<endl;
break;
}
else
{
close(sock);
cerr<<"read error: "<<strerror(errno)<<endl;
break;
}
}
}
~TcpServer()
{
}
private:
uint16_t port_;
int listensock_;
bool quit_; // 标志服务器是否运行字段
func_t func_;
};
}
tcpServer.cc
#include"tcpServer.hpp"
using namespace ns_server;
// ./tcp_server port
// 使用手册
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" port\n"<<endl;
}
string echo(const string&message)
{
return message;
}
int main(int argc,char*argv[])
{
if(argc!=2)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
uint16_t port=atoi(argv[1]);
unique_ptr<TcpServer> tsvr(new TcpServer(echo,port));
tsvr->InitServer();
tsvr->Start();
return 0;
}
tcpClient.cc
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include"err.hpp"
using namespace std;
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" serverip serverport\n" <<endl;
}
// ./tcp_client serverip serverport
int main(int argc,char*argv[])
{
// 准备工作
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
string serverip=argv[1];
uint16_t serverport=atoi(argv[2]);
// 1.创建套接字
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (sock < 0)
{
cerr << "create socket error: " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// (2) 客户端要不要bind呢? 要
// 要不要自己bind呢? 不要, 因为client要让OS自动给用户进行bind
// (3) 要不要listen?不要, 客户端连别人, 永远都是别人listen; 要不要accept?不要, 服务器来连接
// 2. connect 客户端向服务器发起连接请求
struct sockaddr_in server;
memset(&server,0,sizeof(server));
server.sin_port=htons(serverport);
server.sin_family=AF_INET;
// server.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; 绝对不是
inet_aton(serverip.c_str(),&(server.sin_addr)); // 字符串风格ip转成点分十进制
int cnt=5;
while(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))!=0) // 连接失败
{
sleep(1);
cout<<"正在给你重连, 重连次数还有: "<<cnt--<<endl;
if(cnt<=0)
break;
}
if(cnt<=0)
{
cerr<<"连接失败"<<endl;
exit(CONNECT_ERR);
}
char buffer[1024];
// 3. 连接成功
while(true)
{
string line;
cout<<"Enter>> ";
getline(cin,line);
write(sock,line.c_str(),line.size());
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
cout<<"server echo >>>"<<buffer<<endl;
}
else if (s == 0)
{
cerr << "server quit" << endl;
break;
}
else
{
cerr << "read error: " << strerror(errno) << endl;
break;
}
}
close(sock);
return 0;
}
运行结果:
(3) v3_多线程版本
频繁的创建进程会给OS带来巨大的负担，并且创建线程的成本比创建线程高得多。因此在实现多执行流的服务器时最好采用多线程进行实现。
主线程创建出新线程后，也是需要等待新线程退出的，否则也会造成类似于僵尸进程这样的问题。但对于线程来说，如果不想让主线程等待新线程退出，直接线程分离即可，当这个线程退出时系统会自动回收该线程所对应的资源。
各个线程共享是同一张文件描述符表，也就是说服务进程（主线程）调用accept函数获取到一个文件描述符后，其他创建的新线程是能够直接访问这个文件描述符的。
所以不能关闭不要的套接字文件描述符，该文件描述符的关闭操作应该又新线程来执行。因为是新线程为客户端提供服务的，只有当新线程为客户端提供的服务结束后才能将该文件描述符关闭。
tcpServer.hpp
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include<sys/wait.h>
#include<pthread.h>
#include"err.hpp"
using namespace std;
namespace ns_server
{
static const uint16_t defaultport=8081;
static int backlog=32;
using func_t=function<string(const string&)>; // 回调函数,一种处理逻辑
class TcpServer;
class ThreadData
{
public:
ThreadData(int fd, const string&ip,const uint16_t&port,TcpServer*ts)
:sock(fd)
,clientip(ip)
,clientport(port)
,current(ts)
{
}
public:
int sock;
string clientip;
uint16_t clientport;
TcpServer*current;
};
class TcpServer
{
public:
TcpServer(func_t func, uint16_t port=defaultport)
:func_(func)
,port_(port)
,quit_(true)
{
}
void InitServer()
{
// 1. 创建socket文件
listensock_=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listensock_<0)
{
cerr<<"create socket error"<<endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// 2. bind
struct sockaddr_in local;
memset(&local,0,sizeof(local));
local.sin_port=htons(port_);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
int n=bind(listensock_,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
if(n<0)
{
cerr<<"bind socket error"<<endl;
exit(BIND_ERR);
}
// 3. 监听
int m=listen(listensock_,backlog);
if(m<0)
{
cerr<<"listen socket error"<<endl;
exit(LISTEN_ERR);
}
}
void Start()
{
// signal(SIGCHLD,SIG_IGN); // ok, 最推荐
// signal(SIGCHLD,handler); // 回收子进程, 不太推荐
quit_=false;
while(!quit_)
{
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
// 4. 获取连接, accept
int sock=accept(listensock_,(struct sockaddr*)&client,&len);
if (sock < 0) // accept失败并不会终止进程, 只要获取下一个连接
{
cerr << "accept error" << endl;
continue;
}
// 提取client信息 --- debug
string clientip=inet_ntoa(client.sin_addr); // 把4字节对应的IP转化成字符串风格
uint16_t clientport=ntohs(client.sin_port); // 网络序列转主机序列
// 5. 获取新连接成功后, 开始进行业务处理
cout<<"获取新连接成功: "<<sock<<" from "<<listensock_<<", "<< clientip << "- " <<clientport<<endl;
// v3: 多线程版本 --- 原生多线程
// 1. 要不要关闭不要的socket? 绝对不能,一个进程的文件描述符表共享, 关了影响其他线程
// 2. 要不要回收线程?要;如何回收?会不会阻塞
pthread_t tid;
ThreadData*td=new ThreadData(sock,clientip,clientport,this); // 要开出一块独立的空间
pthread_create(&tid,nullptr,threadRoutine,td);
}
}
static void*threadRoutine(void*args)
{
pthread_detach(pthread_self());
ThreadData*td=static_cast<ThreadData*>(args);
td->current->service(td->sock,td->clientip,td->clientport);
delete td;
}
// 流式 - 利用read和write
void service(int sock, const string&clientip,const uint16_t clientport)
{
string who=clientip + "-" + to_string(clientport);
char buffer[1024];
while(true)
{
ssize_t s=read(sock,buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)
{
buffer[s]=0;
string res=func_(buffer); // 进行回调
cout<<who<< ">>> " <<res<<endl;
// 把收到的消息返回(写给客户端)
write(sock,res.c_str(),res.size());
}
else if(s==0)
{
// 对方将连接关闭了
close(sock);
cout<< who <<" quit, me too"<<endl;
break;
}
else
{
close(sock);
cerr<<"read error: "<<strerror(errno)<<endl;
break;
}
}
}
~TcpServer()
{
}
private:
uint16_t port_;
int listensock_;
bool quit_; // 标志服务器是否运行字段
func_t func_;
};
}
tcpServer.cc
#include"tcpServer.hpp"
using namespace ns_server;
// ./tcp_server port
// 使用手册
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" port\n"<<endl;
}
string echo(const string&message)
{
return message;
}
int main(int argc,char*argv[])
{
if(argc!=2)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
uint16_t port=atoi(argv[1]);
unique_ptr<TcpServer> tsvr(new TcpServer(echo,port));
tsvr->InitServer();
tsvr->Start();
return 0;
}
tcpClient.cc
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include"err.hpp"
using namespace std;
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" serverip serverport\n" <<endl;
}
// ./tcp_client serverip serverport
int main(int argc,char*argv[])
{
// 准备工作
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
string serverip=argv[1];
uint16_t serverport=atoi(argv[2]);
// 1.创建套接字
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (sock < 0)
{
cerr << "create socket error: " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// (2) 客户端要不要bind呢? 要
// 要不要自己bind呢? 不要, 因为client要让OS自动给用户进行bind
// (3) 要不要listen?不要, 客户端连别人, 永远都是别人listen; 要不要accept?不要, 服务器来连接
// 2. connect 客户端向服务器发起连接请求
struct sockaddr_in server;
memset(&server,0,sizeof(server));
server.sin_port=htons(serverport);
server.sin_family=AF_INET;
// server.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; 绝对不是
inet_aton(serverip.c_str(),&(server.sin_addr)); // 字符串风格ip转成点分十进制
int cnt=5;
while(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))!=0) // 连接失败
{
sleep(1);
cout<<"正在给你重连, 重连次数还有: "<<cnt--<<endl;
if(cnt<=0)
break;
}
if(cnt<=0)
{
cerr<<"连接失败"<<endl;
exit(CONNECT_ERR);
}
char buffer[1024];
// 3. 连接成功
while(true)
{
string line;
cout<<"Enter>> ";
getline(cin,line);
write(sock,line.c_str(),line.size());
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
cout<<"server echo >>>"<<buffer<<endl;
}
else if (s == 0)
{
cerr << "server quit" << endl;
break;
}
else
{
cerr << "read error: " << strerror(errno) << endl;
break;
}
}
close(sock);
return 0;
}
运行结果:
(4) v4_线程池版本
多线程版的问题：
- 每当有新连接到来时，服务端的主线程都会为该客户端创建提供服务的新线程，当服务结束时就会将新线程销毁，这样做既麻烦又效率低下，每当有新连接到来才开始创建提供服务的新线程
- 若有大量的客户端请求，此时服务端要为每一个客户端创建对应的服务线程。计算机中的线程越多，CPU的压力越大
线程池
- 在服务端预先创建一批线程，当有客户端请求连接时就让这些线程为客户端提供服务，此时客户端一来就有线程为其提供服务，而不是当客户端来了才创建对应的服务线程(减少了频繁创建线程的开销)
- 当某个线程为客户端提供完服务后，不要让该线程退出，而是让该线程继续为下一个客户端提供服务，如果当前没有客户端连接请求，则可以让该线程先进入休眠状态，当有客户端连接到来时再将该线程唤醒。
- 服务端创建的这一批线程的数量不能太多，此时CPU的压力也就不会太大
task.hpp
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<functional>
using namespace std;
using cb_t=function<void(int sock, const string&,const uint16_t&)>;
class Task
{
public:
Task()
{
}
Task(int sock, const string& ip,const uint16_t&port,cb_t cb)
:_sock(sock)
,_ip(ip)
,_port(port)
,_cb(cb)
{
}
void operator()()
{
_cb(_sock,_ip,_port);
}
~Task()
{
}
private:
int _sock;
string _ip;
uint16_t _port;
cb_t _cb;
};
LockGuard.hpp
#include<iostream>
#include<pthread.h>
using namespace std;
class Mutex //自己不维护锁,由外部传入
{
public:
Mutex(pthread_mutex_t* mutex)
:_pmutex(mutex)
{
}
void lock()
{
pthread_mutex_lock(_pmutex);
}
void unlock()
{
pthread_mutex_unlock(_pmutex);
}
~Mutex()
{}
private:
pthread_mutex_t* _pmutex; //锁的指针
};
class LockGuard //自己不维护锁,由外部传入
{
public:
LockGuard(pthread_mutex_t* mutex)
:_mutex(mutex)
{
_mutex.lock();
}
~LockGuard()
{
_mutex.unlock();
}
private:
Mutex _mutex; //锁的指针
};
thread.hpp
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Thread
{
public:
typedef enum
{
NEW=0,
RUNNING,
EXITED
}ThreadStatus;
typedef void (*func_t)(void*); //函数指针, 参数是void*
Thread(int num, func_t func, void*args)
:_tid(0)
,_status(NEW)
,_func(func)
,_args(args)
{
char name[128];
snprintf(name,sizeof(name),"thread-%d",num);
_name=name;
}
int status() {return _status;}
string threadname() {return _name;}
pthread_t thread_id()
{
if(_status==RUNNING)
return _tid;
else
return 0;
}
// runHelper是不是类的成员函数, 而类的成员函数, 具有默认参数this, 需要static
// void*runHelper(Thread*this, void*args) , 而pthread_create要求传的参数必须是: void*的, 即参数不匹配
// 但是static会有新的问题: static成员函数, 无法直接访问类属性和其他成员函数
static void*runHelper(void*args)
{
Thread*ts=(Thread*)args; //就拿到了当前对象
// _func(_args);
(*ts)();
}
//仿函数
void operator()()
{
_func(_args);
}
void run()
{
int n=pthread_create(&_tid,nullptr,runHelper,this); //this: 是当前线程对象Thread
if(n!=0) exit(-1);
_status=RUNNING;
}
void join()
{
int n=pthread_join(_tid,nullptr);
if(n!=0)
{
cerr<<" main thread join thread "<< _name << " error "<<endl;
}
_status=EXITED;
}
~Thread()
{}
private:
pthread_t _tid;
string _name;
func_t _func; //线程未来要执行的回调
void*_args; //调用回调函数时的参数
ThreadStatus _status;
};
threadPool_v4.hpp
#include<iostream>
#include<memory>
#include<vector>
#include<queue>
#include<unistd.h>
#include"thread.hpp"
#include"lockGuard.hpp"
using namespace std;
const static int N=5;
template<class T>
class threadPool
{
public:
pthread_mutex_t* getlock()
{
return &_lock;
}
void threadWait()
{
pthread_cond_wait(&_cond,&_lock);
}
void threadWakeup()
{
pthread_cond_signal(&_cond); // 唤醒在条件变量下等待的线程
}
bool isEmpty()
{
return _tasks.empty();
}
T popTask()
{
T t=_tasks.front();
_tasks.pop();
return t;
}
static void threadRoutine(void*args)
{
threadPool<T>*tp=static_cast<threadPool<T>*>(args);
while(true)
{
// 1. 检测有没有任务 --- 本质是看队列是否为空
// --- 本质就是在访问共享资源 --- 必定加锁
// 2. 有: 处理
// 3. 无: 等待
// 细节: 必定加锁
T t;
{
LockGuard lockguard(tp->getlock());
while (tp->isEmpty())
{
// 等待, 在条件变量下等待
tp->threadWait();
}
t = tp->popTask(); // 把任务从公共区域拿到私有区域
}
// for test
// 处理任务应不应该在临界区中处理, 不应该, 这是线程自己私有的事情
t();
}
}
static threadPool<T> * getinstance()
{
if (instance == nullptr) // 为什么要这样? 提高效率, 减少加锁的次数
{
LockGuard lockguard(&instance_lock);
if (instance == nullptr)
{
cout<<"线程池单例形成"<<endl;
instance = new threadPool<T>();
instance->init();
instance->start();
}
}
return instance;
}
void init()
{
for(int i=0;i<_num;++i)
{
_threads.push_back(Thread(i,threadRoutine,this));
cout<<i<<" thread running"<<endl;
}
}
void check()
{
for(auto&t:_threads)
{
cout<<t.threadname()<<" running..."<<endl;
}
}
void start()
{
for(auto&t:_threads)
{
t.run();
}
}
void pushTask(const T&t)
{
LockGuard lockguard(&_lock);
_tasks.push(t);
threadWakeup();
}
~threadPool()
{
for(auto&t:_threads)
{
t.join();
}
pthread_mutex_destroy(&_lock);
pthread_cond_destroy(&_cond);
}
private:
threadPool(int num=N)
:_num(num)
{
pthread_mutex_init(&_lock,nullptr);
pthread_cond_init(&_cond,nullptr);
}
threadPool(const threadPool<T>&tp)=delete;
void operator=(const threadPool<T>&tp)=delete;
private:
vector<Thread> _threads;
int _num;
queue<T> _tasks;
pthread_mutex_t _lock;
pthread_cond_t _cond;
static threadPool<T>*instance;
static pthread_mutex_t instance_lock;
};
template<class T>
threadPool<T> * threadPool<T>::instance=nullptr;
template<class T>
pthread_mutex_t threadPool<T>::instance_lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
tcpServer.hpp
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include<sys/wait.h>
#include<pthread.h>
#include"err.hpp"
#include"threadPool_v4.hpp"
#include"task.hpp"
using namespace std;
namespace ns_server
{
static const uint16_t defaultport=8081;
static int backlog=32;
using func_t=function<string(const string&)>; // 回调函数,一种处理逻辑
class TcpServer;
class ThreadData
{
public:
ThreadData(int fd, const string&ip,const uint16_t&port,TcpServer*ts)
:sock(fd)
,clientip(ip)
,clientport(port)
,current(ts)
{
}
public:
int sock;
string clientip;
uint16_t clientport;
TcpServer*current;
};
class TcpServer
{
public:
TcpServer(func_t func, uint16_t port=defaultport)
:func_(func)
,port_(port)
,quit_(true)
{
}
void InitServer()
{
// 1. 创建socket文件
listensock_=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listensock_<0)
{
cerr<<"create socket error"<<endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// 2. bind
struct sockaddr_in local;
memset(&local,0,sizeof(local));
local.sin_port=htons(port_);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
int n=bind(listensock_,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
if(n<0)
{
cerr<<"bind socket error"<<endl;
exit(BIND_ERR);
}
// 3. 监听
int m=listen(listensock_,backlog);
if(m<0)
{
cerr<<"listen socket error"<<endl;
exit(LISTEN_ERR);
}
}
void Start()
{
quit_=false;
while(!quit_)
{
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
// 4. 获取连接, accept
int sock=accept(listensock_,(struct sockaddr*)&client,&len);
if (sock < 0) // accept失败并不会终止进程, 只要获取下一个连接
{
cerr << "accept error" << endl;
continue;
}
// 提取client信息 --- debug
string clientip=inet_ntoa(client.sin_addr); // 把4字节对应的IP转化成字符串风格
uint16_t clientport=ntohs(client.sin_port); // 网络序列转主机序列
// 5. 获取新连接成功后, 开始进行业务处理
cout<<"获取新连接成功: "<<sock<<" from "<<listensock_<<", "<< clientip << "- " <<clientport<<endl;
// v4: 线程池版本
// 一旦用户来了，你才创建线程, 线程池吗
// 使用线程池的时候, 一定是有限的线程个数, 一定要处理短任务
Task t(sock,clientip,clientport, bind(&TcpServer::service, this,placeholders::_1,placeholders::_2,placeholders::_3));
threadPool<Task>::getinstance()->pushTask(t);
}
}
static void*threadRoutine(void*args)
{
pthread_detach(pthread_self());
ThreadData*td=static_cast<ThreadData*>(args);
td->current->service(td->sock,td->clientip,td->clientport);
delete td;
}
// 流式 - 利用read和write
void service(int sock, const string&clientip,const uint16_t clientport)
{
string who=clientip + "-" + to_string(clientport);
char buffer[1024];
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
string res = func_(buffer); // 进行回调
cout << who << ">>> " << res << endl;
// 把收到的消息返回(写给客户端)
write(sock, res.c_str(), res.size());
}
else if (s == 0)
{
cout << who << " quit, me too" << endl;
}
else
{
close(sock);
cerr << "read error: " << strerror(errno) << endl;
}
close(sock);
}
~TcpServer()
{
}
private:
uint16_t port_;
int listensock_;
bool quit_; // 标志服务器是否运行字段
func_t func_;
};
}
tcpServer.cc
#include"tcpServer.hpp"
using namespace ns_server;
// ./tcp_server port
// 使用手册
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" port\n"<<endl;
}
string echo(const string&message)
{
return message;
}
int main(int argc,char*argv[])
{
if(argc!=2)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
uint16_t port=atoi(argv[1]);
unique_ptr<TcpServer> tsvr(new TcpServer(echo,port));
tsvr->InitServer();
tsvr->Start();
return 0;
}
tcpClient.cc
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<memory>
#include<functional>
#include"err.hpp"
using namespace std;
static void usage(string proc)
{
cout<<"usage:\n\t"<<proc<<" serverip serverport\n" <<endl;
}
// ./tcp_client serverip serverport
int main(int argc,char*argv[])
{
// 准备工作
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
string serverip=argv[1];
uint16_t serverport=atoi(argv[2]);
// 1.创建套接字
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (sock < 0)
{
cerr << "create socket error: " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// (2) 客户端要不要bind呢? 要
// 要不要自己bind呢? 不要, 因为client要让OS自动给用户进行bind
// (3) 要不要listen?不要, 客户端连别人, 永远都是别人listen; 要不要accept?不要, 服务器来连接
// 2. connect 客户端向服务器发起连接请求
struct sockaddr_in server;
memset(&server,0,sizeof(server));
server.sin_port=htons(serverport);
server.sin_family=AF_INET;
// server.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; 绝对不是
inet_aton(serverip.c_str(),&(server.sin_addr)); // 字符串风格ip转成点分十进制
int cnt=5;
while(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))!=0) // 连接失败
{
sleep(1);
cout<<"正在给你重连, 重连次数还有: "<<cnt--<<endl;
if(cnt<=0)
break;
}
if(cnt<=0)
{
cerr<<"连接失败"<<endl;
exit(CONNECT_ERR);
}
char buffer[1024];
// 3. 连接成功
while(true)
{
string line;
cout<<"Enter>> ";
getline(cin,line);
write(sock,line.c_str(),line.size());
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
cout<<"server echo >>>"<<buffer<<endl;
}
else if (s == 0)
{
cerr << "server quit" << endl;
break;
}
else
{
cerr << "read error: " << strerror(errno) << endl;
break;
}
}
close(sock);
return 0;
}
运行结果:
ip serverport\n" <<endl;
}
// ./tcp_client serverip serverport
int main(int argc,char*argv[])
{
// 准备工作
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
exit(USAGE_ERR);
}
string serverip=argv[1];
uint16_t serverport=atoi(argv[2]);
// 1.创建套接字
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (sock < 0)
{
cerr << "create socket error: " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
// (2) 客户端要不要bind呢? 要
// 要不要自己bind呢? 不要, 因为client要让OS自动给用户进行bind
// (3) 要不要listen?不要, 客户端连别人, 永远都是别人listen; 要不要accept?不要, 服务器来连接
// 2. connect 客户端向服务器发起连接请求
struct sockaddr_in server;
memset(&server,0,sizeof(server));
server.sin_port=htons(serverport);
server.sin_family=AF_INET;
// server.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; 绝对不是
inet_aton(serverip.c_str(),&(server.sin_addr)); // 字符串风格ip转成点分十进制
int cnt=5;
while(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))!=0) // 连接失败
{
sleep(1);
cout<<"正在给你重连, 重连次数还有: "<<cnt--<<endl;
if(cnt<=0)
break;
}
if(cnt<=0)
{
cerr<<"连接失败"<<endl;
exit(CONNECT_ERR);
}
char buffer[1024];
// 3. 连接成功
while(true)
{
string line;
cout<<"Enter>> ";
getline(cin,line);
write(sock,line.c_str(),line.size());
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
cout<<"server echo >>>"<<buffer<<endl;
}
else if (s == 0)
{
cerr << "server quit" << endl;
break;
}
else
{
cerr << "read error: " << strerror(errno) << endl;
break;
}
}
close(sock);
return 0;
}
运行结果:
