高并发服务器-使用多线程（Multi-Thread）实现【C语言】

在上期的socket套接字的使用详解中（socket套接字的使用详解）最后实现的TCP服务器只能处理一个客户端的请求发送，当有其他客户端请求连接时会被阻塞。为了能同时处理多个客户端的连接请求，本期使用多线程的方式来解决。

程序流程

1. 创建监听套接字 ：使用 socket 函数创建套接字 lfd。
2. 绑定套接字 ：使用 bind 函数将套接字绑定到指定的 IP 地址和端口。
3. 监听连接请求 ：使用 listen 函数开始监听连接请求。
4. 等待并接受客户端连接 ：使用 accept 函数等待并接受客户端连接请求。
5. 获取客户端地址信息 ：使用 getpeername 函数获取已连接客户端的 IP 地址和端口号。
6. 创建线程处理客户端请求 ：使用 pthread_create 函数创建新线程处理该连接，并设置线程为分离属性。
7. 线程处理客户端通信 ：在 handle_client 函数中处理与客户端的通信，包括读取请求、处理数据、发送响应。
8. 主线程继续监听新的连接请求：主线程关闭新的客户端套接字，由新线程处理。继续循环等待新的客户端连接请求。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>

// 处理客户端通信的函数
void *handle_client(void *arg) {
    int cfd = *(int *)arg;
    free(arg);

    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
    //getpeername 函数获取与套接字 cfd 关联的远程（客户端）地址信息，并将其存储在 client_addr 结构体中。
    getpeername(cfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);    

    char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];
    inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, sizeof(client_ip));
    int client_port = ntohs(client_addr.sin_port);

    printf("Client connected: IP [%s], PORT [%d], FD [%d]\n", client_ip, client_port, cfd);

    char buf[1024];
    int n;

    while ((n = read(cfd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            buf[i] = toupper(buf[i]);
        }
        write(cfd, buf, n);
    }

    printf("Client disconnected: IP [%s], PORT [%d], FD [%d]\n", client_ip, client_port, cfd);
    close(cfd);
    return NULL;
}

int main() {
    // 创建监听套接字
    int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (lfd < 0) {
        perror("socket error");
        return -1;
    }

    // 绑定套接字
    struct sockaddr_in serv_addr;
    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8888);
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    if (bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("bind error");
        close(lfd);
        return -1;
    }

    // 监听连接请求
    if (listen(lfd, 5) < 0) {
        perror("listen error");
        close(lfd);
        return -1;
    }

    while (1) {
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
        int *cfd = malloc(sizeof(int));
        *cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
        if (*cfd < 0) {
            perror("accept error");
            free(cfd);
            continue;
        }

        // 创建线程处理客户端请求
        pthread_t tid;
        pthread_attr_t attr;
        pthread_attr_init(&attr);
        pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置线程分离属性

        if (pthread_create(&tid, &attr, handle_client, cfd) != 0) {
            perror("pthread_create error");
            close(*cfd);
            free(cfd);
        }

        pthread_attr_destroy(&attr);
    }

    close(lfd);
    return 0;
}

客户端：

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

#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024
#define SERVER_IP "127.0.0.1"

int main() {
    int sock = 0, valread;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    char input_buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    char *hello = "Hello from client";
    int opt = 1;

    // 创建 TCP 套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        return -1;
    }

    // 设置服务器地址结构
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将 IPv4 地址从文本转换为二进制形式
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        perror("Invalid address/ Address not supported");
        return -1;
    }

    // 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("Connection Failed");
        return -1;
    }

    printf("Connected to server\n");

    // 循环发送消息并接收响应
    while (1) {
        printf("Enter message to send (or 'exit' to quit): ");
        fgets(input_buffer, BUFFER_SIZE, stdin);

        // 去掉输入的换行符
        input_buffer[strcspn(input_buffer, "\n")] = 0;

        // 如果输入是 'exit'，则退出循环
        if (strcmp(input_buffer, "exit") == 0) {
            break;
        }

        // 发送消息给服务器
        send(sock, input_buffer, strlen(input_buffer), 0);
        printf("Message sent to server: %s\n", input_buffer);

        // 接收服务器的响应
        valread = read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
        printf("Server response: %s\n", buffer);
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    }

    close(sock);
    return 0;
}