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欢迎 点赞👍 收藏✨ 留言✉ 加关注💓本文由 C++忠实粉丝 原创计算机网络socket编程(5)_TCP网络编程实现echo_server
收录于专栏【计算机网络】
本专栏旨在分享学习计算机网络的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌
目录
功能介绍
和上回 UDP 网络编程一样, 实现简单的 echo_server, 不过, 这里我们 TCP 网络编程使用了 多线程, 不过大体都差不多~
还有就是网络编程代码真的是又多又杂, 有的时候我自己都烦, 没办法网络部分就是这样的, 我最近会尽快更完这个 socket 编程, 提早进入概念部分, 一直编程感觉少了什么~ 还得跟概念结合起来看, 感兴趣的宝子们不要忘记了点赞关注哦! 我现在在网络部分真的待不了一点, 希望我能尽快挣脱网络, 更新数据库 MySQL 的东西吧!
InetAddr.hpp
这个类封装了 sockaddr_in 结构体，用于简化对 IP 地址和端口的处理。其核心功能是将网络字节序的 sockaddr_in 地址转换为易于操作的主机字节序的 IP 地址字符串和端口号，并提供相关的成员函数来获取这些信息。
cpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
class InetAddr
{
private:
void ToHost(const struct sockaddr_in &addr)
{
_port = ntohs(addr.sin_port);
// _ip = inet_ntoa(addr.sin_addr);
char ip_buf[32];
// inet_p to n
// p: process
// n: net
// inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
// inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &addr.sin_addr.s_addr);
::inet_ntop(AF_INET, &addr.sin_addr, ip_buf, sizeof(ip_buf));
_ip = ip_buf;
}
public:
InetAddr(const struct sockaddr_in &addr):_addr(addr)
{
ToHost(addr);
}
InetAddr()
{}
bool operator == (const InetAddr &addr)
{
return (this->_ip == addr._ip && this->_port == addr._port);
}
std::string Ip()
{
return _ip;
}
uint16_t Port()
{
return _port;
}
struct sockaddr_in Addr()
{
return _addr;
}
std::string AddrStr()
{
return _ip + ":" + std::to_string(_port);
}
~InetAddr()
{
}
private:
std::string _ip;
uint16_t _port;
struct sockaddr_in _addr;
};私有成员变量
**_ip：**存储 IP 地址的字符串（如 "192.168.0.1"）。
**_port：**存储端口号。
**_addr：**存储一个 sockaddr_in 结构体，用于保存 IP 地址和端口。
私有成员函数 ToHost
ToHost 函数的作用是将一个 sockaddr_in 地址结构转换为 InetAddr 类的成员 _ip 和 _port。
**ntohs(addr.sin_port)：**将网络字节顺序的端口号（从 sockaddr_in 中获取）转换为主机字节顺序。网络字节顺序是大端模式，而主机字节顺序通常取决于平台。
**inet_ntop(AF_INET, &addr.sin_addr, ip_buf, sizeof(ip_buf))：**将 sockaddr_in 中的 IP 地址（以二进制形式存储）转换为点分十进制字符串表示（如 "192.168.0.1"）。
这里 inet_ntop 和 ntohs 用于处理网络字节序和主机字节序的转换，确保 IP 地址和端口在不同环境下的正确性。
构造函数 InetAddr(const struct sockaddr_in &addr)
该构造函数接受一个 sockaddr_in 类型的参数 addr，并调用 ToHost 方法将其转换为 InetAddr 类内部的 _ip 和 _port。
_addr(addr)：将 sockaddr_in 结构体存储在 _addr 中。
默认构造函数 InetAddr()
默认构造函数没有做任何事情。它用于创建一个空的 InetAddr 对象
运算符重载 ==
重载了 == 运算符，用于比较两个 InetAddr 对象是否相等。它通过比较 ip 和 port 字段来判断是否相同。
成员函数 Ip
返回当前 InetAddr 对象的 IP 地址。
成员函数 Port
返回当前 InetAddr 对象的端口号。
成员函数 Addr
返回存储的 sockaddr_in 结构体。sockaddr_in 包含了完整的 IP 地址和端口信息。
成员函数 AddrStr
返回一个格式化的字符串，表示 IP 地址和端口，格式为 "ip:port"（例如 "192.168.0.1:8080"）。
LockGuard.hpp
cpp
#pragma once
#include <pthread.h>
class LockGuard
{
public:
LockGuard(pthread_mutex_t *mutex):_mutex(mutex)
{
pthread_mutex_lock(_mutex);
}
~LockGuard()
{
pthread_mutex_unlock(_mutex);
}
private:
pthread_mutex_t *_mutex;
};构造函数 LockGuard(pthread_mutex_t *mutex)
构造函数接收一个 pthread_mutex_t * 类型的指针作为参数，并在构造时通过 pthread_mutex_lock来锁定该互斥量。
mutex参数是指向一个 pthread_mutex_t 类型的指针，这个互斥量将用来保护临界区。
**_mutex(mutex)**是初始化成员变量 _mutex 的成员初始化列表，它将构造函数的参数 mutex 的值赋给 _mutex 成员变量。
**pthread_mutex_lock(_mutex)**调用会尝试锁定互斥量 _mutex。如果互斥量已经被其他线程锁定，当前线程会被阻塞，直到该互斥量变为可用。
析构函数 ~LockGuard()
析构函数负责在 LockGuard 对象生命周期结束时自动解锁互斥量。
当 LockGuard 对象的作用域结束时，析构函数会自动被调用。
**pthread_mutex_unlock(_mutex)**会释放锁，即解锁互斥量。这样可以确保即使在发生异常或提前返回的情况下，互斥量也能被正确解锁，从而避免死锁。
成员变量 _mutex
_mutex 是一个指向pthread_mutex_t类型的指针，它保存了传递给构造函数的互斥量地址。这个指针将用于在构造和析构中对互斥量进行锁定和解锁操作。
关键特点：
**自动锁定：**当 LockGuard 对象被创建时，构造函数自动锁定互斥量。
**自动解锁：**当 LockGuard 对象超出作用域时，析构函数自动解锁互斥量。
**简化代码：**使用 LockGuard 类可以避免手动调用 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_unlock，并且保证解锁操作一定会发生。
Log.hpp
cpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <ctime>
#include <cstdarg>
#include <fstream>
#include <cstring>
#include <pthread.h>
#include "LockGuard.hpp"
namespace log_ns
{
enum
{
DEBUG = 1,
INFO,
WARNING,
ERROR,
FATAL
};
std::string LevelToString(int level)
{
switch (level)
{
case DEBUG:
return "DEBUG";
case INFO:
return "INFO";
case WARNING:
return "WARNING";
case ERROR:
return "ERROR";
case FATAL:
return "FATAL";
default:
return "UNKNOWN";
}
}
std::string GetCurrTime()
{
time_t now = time(nullptr);
struct tm *curr_time = localtime(&now);
char buffer[128];
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",
curr_time->tm_year + 1900,
curr_time->tm_mon + 1,
curr_time->tm_mday,
curr_time->tm_hour,
curr_time->tm_min,
curr_time->tm_sec);
return buffer;
}
class logmessage
{
public:
std::string _level;
pid_t _id;
std::string _filename;
int _filenumber;
std::string _curr_time;
std::string _message_info;
};
#define SCREEN_TYPE 1
#define FILE_TYPE 2
const std::string glogfile = "./log.txt";
pthread_mutex_t glock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
// log.logMessage("", 12, INFO, "this is a %d message ,%f, %s hellwrodl", x, , , );
class Log
{
public:
Log(const std::string &logfile = glogfile) : _logfile(logfile), _type(SCREEN_TYPE)
{
}
void Enable(int type)
{
_type = type;
}
void FlushLogToScreen(const logmessage &lg)
{
printf("[%s][%d][%s][%d][%s] %s",
lg._level.c_str(),
lg._id,
lg._filename.c_str(),
lg._filenumber,
lg._curr_time.c_str(),
lg._message_info.c_str());
}
void FlushLogToFile(const logmessage &lg)
{
std::ofstream out(_logfile, std::ios::app);
if (!out.is_open())
return;
char logtxt[2048];
snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "[%s][%d][%s][%d][%s] %s",
lg._level.c_str(),
lg._id,
lg._filename.c_str(),
lg._filenumber,
lg._curr_time.c_str(),
lg._message_info.c_str());
out.write(logtxt, strlen(logtxt));
out.close();
}
void FlushLog(const logmessage &lg)
{
// 加过滤逻辑 --- TODO
LockGuard lockguard(&glock);
switch (_type)
{
case SCREEN_TYPE:
FlushLogToScreen(lg);
break;
case FILE_TYPE:
FlushLogToFile(lg);
break;
}
}
void logMessage(std::string filename, int filenumber, int level, const char *format, ...)
{
logmessage lg;
lg._level = LevelToString(level);
lg._id = getpid();
lg._filename = filename;
lg._filenumber = filenumber;
lg._curr_time = GetCurrTime();
va_list ap;
va_start(ap, format);
char log_info[1024];
vsnprintf(log_info, sizeof(log_info), format, ap);
va_end(ap);
lg._message_info = log_info;
// 打印出来日志
FlushLog(lg);
}
~Log()
{
}
private:
int _type;
std::string _logfile;
};
Log lg;
#define LOG(Level, Format, ...) \
do \
{ \
lg.logMessage(__FILE__, __LINE__, Level, Format, ##__VA_ARGS__); \
} while (0)
#define EnableScreen() \
do \
{ \
lg.Enable(SCREEN_TYPE); \
} while (0)
#define EnableFILE() \
do \
{ \
lg.Enable(FILE_TYPE); \
} while (0)
};日志系统, 我们的老演员了, 这里就不再多介绍了~~
Thread.hpp
cpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <pthread.h>
namespace ThreadMoudle
{
// 线程要执行的方法，后面我们随时调整
// typedef void (*func_t)(ThreadData *td); // 函数指针类型
// typedef std::function<void()> func_t;
using func_t = std::function<void(const std::string&)>;
class Thread
{
public:
void Excute()
{
_isrunning = true;
_func(_name);
_isrunning = false;
}
public:
Thread(const std::string &name, func_t func):_name(name), _func(func)
{
}
static void *ThreadRoutine(void *args) // 新线程都会执行该方法！
{
Thread *self = static_cast<Thread*>(args); // 获得了当前对象
self->Excute();
return nullptr;
}
bool Start()
{
int n = ::pthread_create(&_tid, nullptr, ThreadRoutine, this);
if(n != 0) return false;
return true;
}
std::string Status()
{
if(_isrunning) return "running";
else return "sleep";
}
void Stop()
{
if(_isrunning)
{
::pthread_cancel(_tid);
_isrunning = false;
}
}
void Join()
{
::pthread_join(_tid, nullptr);
}
std::string Name()
{
return _name;
}
~Thread()
{
}
private:
std::string _name;
pthread_t _tid;
bool _isrunning;
func_t _func; // 线程要执行的回调函数
};
} // namespace ThreadModle线程函数类型 func_t
using func_t = std::function<void(const std::string&)>;
这里使用了 std::function 来定义线程要执行的函数类型。func_t 是一个函数对象类型，它表示接受一个 std::string 类型参数并返回 void 的函数。使用 std::function 的好处是，它可以适配普通函数、lambda 表达式以及成员函数等，使得线程任务的定义更加灵活。
Thread 类
Thread 类是该代码的核心，封装了 POSIX 线程的管理操作，包括线程的创建、执行、停止、等待和状态查询。
成员变量
**_name:**线程的名称，用于标识线程。
**_tid:**线程标识符 (pthread_t 类型)，用于标识线程。
**_isrunning:**布尔变量，表示线程是否正在运行。
**_func:**线程执行的任务（即回调函数），使用 func_t 类型存储。
构造函数
Thread 类的构造函数接收线程名称 (name) 和线程任务 (func) 作为参数，并初始化相关成员变量。_isrunning 被初始化为 false，表示线程在创建时默认处于非运行状态。
线程执行方法 Excute
Excute 方法是线程执行的主体部分，它首先将 _isrunning 设置为 true，然后执行通过构造函数传入的任务函数 _func。执行完后，将 _isrunning 设置为 false，表示线程已经结束执行。
线程例程 ThreadRoutine
ThreadRoutine 是一个静态方法，它会作为线程的入口函数。当创建线程时，系统会调用这个函数。
在 ThreadRoutine 中，首先通过 static_cast将传入的 void* 类型的参数转换为 Thread* 类型，这样我们就可以访问到线程的成员变量和方法。
然后调用 self->Excute()，即执行线程实际的工作。
启动线程 Start
Start 方法通过 pthread_create创建一个新的线程。pthread_create 会接受线程标识符 _tid、线程属性（这里是 nullptr，即默认属性）、线程入口函数（这里是 ThreadRoutine）以及线程传递的参数（这里是 this，即当前对象）。
如果线程创建成功，返回 true；否则返回 false。
查询线程状态 Status
Status 方法返回当前线程的状态。如果线程正在执行（_isrunning == true），返回 "running"，否则返回 "sleep"。
停止线程 Stop
Stop 方法用于停止正在运行的线程。它调用 pthread_cancel 来请求终止指定线程 _tid。然后将 _isrunning 设置为 false，表示线程已停止。
等待线程完成 Join
Join 方法用于等待线程执行完毕。它通过 pthread_join 阻塞当前线程，直到指定线程 _tid 执行完毕。
获取线程名称 Name
Name 方法返回线程的名称。
ThreadPool.hpp
这段代码实现了一个 线程池模式，提供了多线程处理任务的能力，能够管理多个线程执行任务，并且通过线程池单例模式（Singleton）来确保只会创建一个线程池实例。
cpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string>
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional>
#include "Thread.hpp"
#include "Log.hpp"
#include "LockGuard.hpp"
using namespace ThreadMoudle;
using namespace log_ns;
static const int gdefaultnum = 10;
void test()
{
while (true)
{
std::cout << "hello world" << std::endl;
sleep(1);
}
}
template <typename T>
class ThreadPool
{
private:
void LockQueue()
{
pthread_mutex_lock(&_mutex);
}
void UnlockQueue()
{
pthread_mutex_unlock(&_mutex);
}
void Wakeup()
{
pthread_cond_signal(&_cond);
}
void WakeupAll()
{
pthread_cond_broadcast(&_cond);
}
void Sleep()
{
pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
}
bool IsEmpty()
{
return _task_queue.empty();
}
void HandlerTask(const std::string &name) // this
{
while (true)
{
// 取任务
LockQueue();
while (IsEmpty() && _isrunning)
{
_sleep_thread_num++;
LOG(INFO, "%s thread sleep begin!\n", name.c_str());
Sleep();
LOG(INFO, "%s thread wakeup!\n", name.c_str());
_sleep_thread_num--;
}
// 判定一种情况
if (IsEmpty() && !_isrunning)
{
UnlockQueue();
LOG(INFO, "%s thread quit\n", name.c_str());
break;
}
// 有任务
T t = _task_queue.front();
_task_queue.pop();
UnlockQueue();
// 处理任务
t(); // 处理任务，此处不用/不能在临界区中处理
// std::cout << name << ": " << t.result() << std::endl;
// LOG(DEBUG, "hander task done, task is : %s\n", t.result().c_str());
}
}
void Init()
{
func_t func = std::bind(&ThreadPool::HandlerTask, this, std::placeholders::_1);
for (int i = 0; i < _thread_num; i++)
{
std::string threadname = "thread-" + std::to_string(i + 1);
_threads.emplace_back(threadname, func);
LOG(DEBUG, "construct thread %s done, init success\n", threadname.c_str());
}
}
void Start()
{
_isrunning = true;
for (auto &thread : _threads)
{
LOG(DEBUG, "start thread %s done.\n", thread.Name().c_str());
thread.Start();
}
}
ThreadPool(int thread_num = gdefaultnum)
: _thread_num(thread_num), _isrunning(false), _sleep_thread_num(0)
{
pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);
pthread_cond_init(&_cond, nullptr);
}
ThreadPool(const ThreadPool<T> &) = delete;
void operator=(const ThreadPool<T> &) = delete;
public:
void Stop()
{
LockQueue();
_isrunning = false;
WakeupAll();
UnlockQueue();
LOG(INFO, "Thread Pool Stop Success!\n");
}
// 如果是多线程获取单例呢？
static ThreadPool<T> *GetInstance()
{
if (_tp == nullptr)
{
LockGuard lockguard(&_sig_mutex);
if (_tp == nullptr)
{
LOG(INFO, "create threadpool\n");
// thread-1 thread-2 thread-3....
_tp = new ThreadPool<T>();
_tp->Init();
_tp->Start();
}
else
{
LOG(INFO, "get threadpool\n");
}
}
return _tp;
}
void Equeue(const T &in)
{
LockQueue();
if (_isrunning)
{
_task_queue.push(in);
if (_sleep_thread_num > 0)
Wakeup();
}
UnlockQueue();
}
~ThreadPool()
{
pthread_mutex_destroy(&_mutex);
pthread_cond_destroy(&_cond);
}
private:
int _thread_num;
std::vector<Thread> _threads;
std::queue<T> _task_queue;
bool _isrunning;
int _sleep_thread_num;
pthread_mutex_t _mutex;
pthread_cond_t _cond;
// 单例模式
// volatile static ThreadPool<T> *_tp;
static ThreadPool<T> *_tp;
static pthread_mutex_t _sig_mutex;
};
template <typename T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::_tp = nullptr;
template <typename T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::_sig_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;类定义：ThreadPool<T>
ThreadPool类是一个模板类，能够处理类型为 T 的任务。ThreadPool 负责管理一组线程，这些线程会从任务队列中取出任务并执行。
成员变量：
线程池大小： _thread_num 表示线程池中线程的数量。
线程队列： _threads 用来存储所有创建的线程。
任务队列： _task_queue 是一个 std::queue，存储待处理的任务。
运行状态： _isrunning 标志线程池是否正在运行。
空闲线程数： _sleep_thread_num 表示当前空闲的线程数量。
同步机制：
**_mutex：**用于保护任务队列的互斥锁。
**_cond：**用于线程同步的条件变量，确保线程池在没有任务时可以进入等待状态。
单例模式：
**_tp：**一个静态指针，用于存储线程池的唯一实例。
**_sig_mutex：**一个静态互斥锁，用于控制对 _tp 的访问，确保线程池的单例实现是线程安全的。
成员函数：
(1) 同步操作：
LockQueue() 和 UnlockQueue()：这些是保护任务队列的互斥锁方法，确保在访问任务队列时线程是同步的，避免并发冲突。
Wakeup() 和 WakeupAll()：分别是唤醒一个或所有线程的函数。当有任务加入时，如果某些线程在等待任务，这些函数可以用来通知线程继续工作。
Sleep()：如果任务队列为空，线程会调用这个函数进入等待状态，直到有新的任务被加入到队列中。
IsEmpty()：检查任务队列是否为空。
(2) 任务处理：
HandlerTask()：这是线程执行的主要任务。每个线程会不断地从任务队列中获取任务并执行，直到线程池被停止。
线程首先会尝试从任务队列中取出任务。
如果队列为空且线程池仍然在运行，线程将会休眠，直到有新任务到来。
如果线程池已停止并且队列为空，线程将退出。
如果队列非空，线程会执行任务。
(3) 初始化和启动：
Init()：为线程池中的每个线程创建一个 Thread 对象，并绑定任务处理函数 HandlerTask()，然后将线程添加到 _threads 向量中。
Start()：启动所有线程。
(4) 停止：
Stop()：停止线程池，首先设置 _isrunning = false，然后唤醒所有处于等待状态的线程。
(5) 单例实现：
GetInstance()：这是一个线程安全的单例实现，使用双重检查锁定（Double-Checked Locking） 来确保线程池实例 _tp 只会被创建一次。_sig_mutex 用于同步对 _tp 的访问。
(6) 任务队列：
Equeue()：将任务 in 添加到任务队列中。任务加入后，如果有空闲线程，某些线程会被唤醒来处理这些任务。
(7) 析构函数：
pthread_mutex_destroy(&_mutex) 和 pthread_cond_destroy(&_cond) 用于销毁互斥锁和条件变量，释放相关资源。
线程池的工作流程：
初始化和启动线程池：
通过 ThreadPool<T>::GetInstance() 获取线程池的唯一实例（如果还没有创建）。
调用 ThreadPool::Start() 启动线程池中的所有线程，每个线程执行 HandlerTask() 函数。
任务处理：
任务通过 ThreadPool::Equeue() 被加入到任务队列 _task_queue 中。
线程在 HandlerTask() 中从队列中取任务并执行。
线程阻塞与唤醒：
如果队列为空，线程会调用 Sleep() 进入等待状态，直到有新任务被添加。
当任务被加入队列时，如果有空闲线程，它们会被唤醒执行任务。
停止线程池：
调用 ThreadPool::Stop() 停止线程池，设置 _isrunning = false，并唤醒所有等待中的线程。每个线程在执行完当前任务后退出。
单例模式的线程安全性分析：
ThreadPool<T>::GetInstance() 中使用了双重检查锁定（Double-Checked Locking）来实现线程安全的单例模式：
第一次检查 _tp == nullptr 是为了减少锁的竞争。
第二次检查 _tp == nullptr 是为了确保在锁定后 _tp 仍然没有被创建（避免其他线程已经创建了 ThreadPool 实例）。
LockGuard 用于确保在操作 _tp 时，访问是线程安全的。
TcpServer.hpp
这个 TcpServer类是一个简单的 TCP 服务器实现，它能够接受客户端的连接，并处理客户端发送的消息。它使用线程池来处理每个客户端的连接，避免了多进程和单线程模型的缺点。
cpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <functional>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"
#include "ThreadPool.hpp"
using namespace log_ns;
enum
{
SOCKET_ERROR = 1,
BIND_ERROR,
LISTEN_ERR
};
const static int gport = 8888;
const static int gsock = -1;
const static int gblcklog = 8;
using task_t = std::function<void()>;
class TcpServer
{
public:
TcpServer(uint16_t port = gport)
: _port(port),
_listensockfd(gsock),
_isrunning(false)
{
}
void InitServer()
{
// 1. 创建socket
_listensockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (_listensockfd < 0)
{
LOG(FATAL, "socket create error\n");
exit(SOCKET_ERROR);
}
LOG(INFO, "socket create success, sockfd: %d\n", _listensockfd); // 3
struct sockaddr_in local;
memset(&local, 0, sizeof(local));
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(_port);
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 2. bind sockfd 和 Socket addr
if (::bind(_listensockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)
{
LOG(FATAL, "bind error\n");
exit(BIND_ERROR);
}
LOG(INFO, "bind success\n");
// 3. 因为tcp是面向连接的，tcp需要未来不断地能够做到获取连接
if (::listen(_listensockfd, gblcklog) < 0)
{
LOG(FATAL, "listen error\n");
exit(LISTEN_ERR);
}
LOG(INFO, "listen success\n");
}
class ThreadData
{
public:
int _sockfd;
TcpServer *_self;
InetAddr _addr;
public:
ThreadData(int sockfd, TcpServer *self, const InetAddr &addr):_sockfd(sockfd), _self(self), _addr(addr)
{}
};
void Loop()
{
// signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
_isrunning = true;
while (_isrunning)
{
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
// 4. 获取新连接
int sockfd = ::accept(_listensockfd, (struct sockaddr *)&client, &len);
if (sockfd < 0)
{
LOG(WARNING, "accept error\n");
continue;
}
InetAddr addr(client);
LOG(INFO, "get a new link, client info : %s, sockfd is : %d\n", addr.AddrStr().c_str(), sockfd);
// version 0 --- 不靠谱版本
// Service(sockfd, addr);
// version 1 --- 多进程版本
// pid_t id = fork();
// if (id == 0)
// {
// // child
// ::close(_listensockfd); // 建议！
// if(fork() > 0) exit(0);
// Service(sockfd, addr);
// exit(0);
// }
// // father
// ::close(sockfd);
// int n = waitpid(id, nullptr, 0);
// if (n > 0)
// {
// LOG(INFO, "wait child success.\n");
// }
// version 2 ---- 多线程版本 --- 不能关闭fd了，也不需要了
// pthread_t tid;
// ThreadData *td = new ThreadData(sockfd, this, addr);
// pthread_create(&tid, nullptr, Execute, td); // 新线程进行分离
// version 3 ---- 线程池版本 int sockfd, InetAddr addr
task_t t = std::bind(&TcpServer::Service, this, sockfd, addr);
ThreadPool<task_t>::GetInstance()->Equeue(t);
}
_isrunning = false;
}
static void *Execute(void *args)
{
pthread_detach(pthread_self());
ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);
td->_self->Service(td->_sockfd, td->_addr);
delete td;
return nullptr;
}
void Service(int sockfd, InetAddr addr)
{
// 长服务
while (true)
{
char inbuffer[1024]; // 当做字符串
ssize_t n = ::read(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1);
if (n > 0)
{
inbuffer[n] = 0;
LOG(INFO, "get message from client %s, message: %s\n", addr.AddrStr().c_str(), inbuffer);
std::string echo_string = "[server echo] #";
echo_string += inbuffer;
write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size());
}
else if (n == 0)
{
LOG(INFO, "client %s quit\n", addr.AddrStr().c_str());
break;
}
else
{
LOG(ERROR, "read error: %s\n", addr.AddrStr().c_str());
break;
}
}
::close(sockfd);
}
~TcpServer() {}
private:
uint16_t _port;
int _listensockfd;
bool _isrunning;
};1. 类结构和成员变量
成员变量：
**_port：**服务器监听的端口号，默认为 8888。
**_listensockfd：**服务器的监听套接字描述符。
**_isrunning：**标志服务器是否在运行，控制服务器的生命周期。
枚举常量：
**SOCKET_ERROR：**表示创建套接字失败时的错误码。
**BIND_ERROR：**表示绑定地址失败时的错误码。
**LISTEN_ERR：**表示监听失败时的错误码。
常量：
**gport：**默认的监听端口号。
**gsock：**默认的套接字标识符，表示未初始化的套接字。
**gblcklog：**用于 listen() 调用的 backlog 参数，指定操作系统允许的最大连接数。
task_t： 使用 std::function<void()> 定义的任务类型，代表线程池中将要执行的任务。这里用来封装客户端连接的处理工作。
2. TcpServer 类的主要函数
TcpServer::InitServer()
该函数用于初始化服务器，完成以下工作：
创建套接字：
使用 ::socket() 创建一个 TCP 套接字。
如果创建失败，输出错误日志并退出。
绑定地址：
使用 ::bind() 将套接字与指定的地址和端口绑定。
如果绑定失败，输出错误日志并退出。
监听连接：
使用 ::listen()将套接字设为监听状态，等待客户端连接。
如果监听失败，输出错误日志并退出。
TcpServer::Loop()
该函数是服务器的主循环，它负责接受客户端的连接并将连接交给线程池处理：
在循环中，调用 ::accept() 接受来自客户端的连接请求。
如果连接成功，创建一个 InetAddr 对象以保存客户端的 IP 地址和端口信息。
将处理任务（客户端连接的处理）封装为一个 task_t，然后将任务提交给线程池。
TcpServer::Service()
这是处理客户端请求的核心函数：
该函数会从客户端套接字中读取数据（通过 ::read()）。
如果读取成功，则将客户端发送的消息打印出来，并以 "server echo" 开头将数据返回给客户端。
如果读取到的数据为空（客户端关闭连接），则输出日志并关闭套接字。
如果发生读取错误，则输出错误日志并关闭套接字。
TcpServer::Execute()
这是一个静态函数，用于在线程池中执行处理任务。该函数被线程池中的线程调用，处理客户端请求：
它首先将线程标记为分离状态，以便线程结束后自动释放资源。
然后它调用 Service() 来处理客户端请求。
处理完成后，销毁 ThreadData 对象。
3. 线程池的使用
服务器使用线程池来处理每个客户端的连接。每当有新连接时，创建一个 task_t（封装了 TcpServer::Service() 方法），然后将任务提交给线程池：
这样线程池中的线程会并行处理这些任务，避免了每次都创建新线程的开销。
4. ThreadData 类
ThreadData 类用于封装每个客户端连接的相关信息：
**sockfd：**客户端的套接字。
**self：**指向当前 TcpServer 对象的指针。
**addr：**客户端的地址信息。
该类主要用于在线程中传递参数，它的生命周期由线程池中的线程控制。
5. 错误处理
在整个过程中，如果发生错误（如创建套接字失败、绑定失败、监听失败等），会通过 LOG() 打印详细错误信息，并通过 exit() 终止程序。可以在实际应用中根据需求改进错误处理逻辑（如重新尝试，或者返回错误状态）。
6. 程序退出
服务器的退出主要由 Loop() 中的 _isrunning 控制。当前 _isrunning 为 false 时，Loop() 会退出。程序会继续执行后续的清理工作，并最终终止。
TcpServerMain.cc
cpp
#include "TcpServer.hpp"
#include <memory>
// ./tcpserver 8888
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 2)
{
std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " local-port" << std::endl;
exit(0);
}
uint16_t port = std::stoi(argv[1]);
std::unique_ptr<TcpServer> tsvr = std::make_unique<TcpServer>(port);
tsvr->InitServer();
tsvr->Loop();
return 0;
}TcpClientMain.cc
cpp
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
// ./tcpclient server-ip server-port
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 3)
{
std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " server-ip server-port" << std::endl;
exit(0);
}
std::string serverip = argv[1];
uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);
// 1. 创建socket
int sockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
std::cerr << "create socket error" << std::endl;
exit(1);
}
// 注意：不需要显示的bind，但是一定要有自己的IP和port，所以需要隐式的bind，OS会自动bind sockfd，用自己的IP和随机端口号
// 什么时候进行自动bind？If the connection or binding succeeds
struct sockaddr_in server;
memset(&server, 0, sizeof(server));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(serverport);
::inet_pton(AF_INET, serverip.c_str(), &server.sin_addr);
int n = ::connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
if (n < 0)
{
std::cerr << "connect socket error" << std::endl;
exit(2);
}
while(true)
{
std::string message;
std::cout << "Enter #";
std::getline(std::cin, message);
write(sockfd, message.c_str(), message.size());
char echo_buffer[1024];
n = read(sockfd, echo_buffer, sizeof(echo_buffer));
if(n > 0)
{
echo_buffer[n] = 0;
std::cout << echo_buffer << std::endl;
}
else
{
break;
}
}
::close(sockfd);
return 0;
}效果展示
虽然做的有点粗糙, 但是完成的还不错!
下一章还是 TCP socket 编程, 实现命令处理的功能, 处理从客户端接收到的命令，检查这些命令的安全性，并执行这些命令。好了, 篇幅已经很长了, 我们下期在见~