1.4 Node.js 的 TCP 和 UDP

chxii2025-06-08 12:37

TCP

Node.js 的 net 模块是其内置模块之一，主要用于创建基于 TCP（Transmission Control Protocol）的网络应用，包括服务器和客户端。

核心功能与 API

1. 创建 TCP 服务器

使用 net.createServer() 方法创建服务器，通过回调函数处理连接事件：

javascript 复制代码 
const net = require('net');

const server = net.createServer((socket) => {
  // 处理客户端连接
  console.log('客户端已连接');

  // 监听数据事件（客户端发送数据时触发）
  socket.on('data', (data) => {
    console.log(`收到数据：${data.toString()}`);
    socket.write('服务器已收到消息'); // 向客户端发送响应
  });

  // 监听连接关闭事件
  socket.on('end', () => {
    console.log('客户端已断开连接');
  });
});

// 启动服务器，监听指定端口
server.listen(3000, () => {
  console.log('服务器已启动，监听端口 3000');
});
2. 创建 TCP 客户端

使用 net.createConnection() 方法创建客户端，连接到服务器：

javascript 复制代码 
const net = require('net');

const client = net.createConnection({ port: 3000 }, () => {
  // 连接成功后发送数据
  console.log('已连接到服务器');
  client.write('你好，这是客户端发送的消息');
});

// 监听服务器响应
client.on('data', (data) => {
  console.log(`收到服务器响应：${data.toString()}`);
  client.end(); // 关闭连接
});

// 监听连接关闭事件
client.on('end', () => {
  console.log('已断开与服务器的连接');
});
3. 核心对象与事件

  • net.Server：服务器对象，常用方法：

    • server.listen(port, callback)：启动服务器监听。
    • server.close()：关闭服务器。
    • server.maxConnections：设置最大连接数。

  • net.Socket：表示单个客户端连接，常用事件和方法：

    • 事件 ：
      • 'data'：收到数据时触发。
      • 'end'：连接关闭时触发。
      • 'error'：发生错误时触发。
      • 'connect'：客户端连接成功时触发。
    • 方法 ：
      • socket.write(data)：向对方发送数据。
      • socket.end()：关闭连接（允许发送缓冲区数据）。
      • socket.destroy()：立即关闭连接。
      • socket.pipe(destination)：数据管道传输。

完整案例：简单的 TCP 聊天应用

服务器端代码
javascript 复制代码 
const net = require('net');

// 存储所有连接的客户端
const clients = new Set();

const server = net.createServer((socket) => {
  // 为每个客户端分配唯一标识符
  const clientId = `客户端${Date.now().toString().slice(-4)}`;
  clients.add(socket);

  console.log(`${clientId} 已连接`);
  socket.write(`欢迎，你是 ${clientId}`);

  // 广播消息给其他客户端
  socket.on('data', (data) => {
    const message = `${clientId}: ${data.toString()}`;
    clients.forEach((client) => {
      if (client !== socket) {
        client.write(message);
      }
    });
  });

  // 客户端断开连接
  socket.on('end', () => {
    clients.delete(socket);
    console.log(`${clientId} 已断开连接`);
  });

  // 错误处理
  socket.on('error', (err) => {
    console.error(`客户端 ${clientId} 发生错误:`, err.message);
    clients.delete(socket);
    socket.destroy();
  });
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('聊天服务器已启动，监听端口 3000');
});
客户端代码
javascript 复制代码 
const net = require('net');
const readline = require('readline');

// 创建标准输入输出接口
const rl = readline.createInterface({
  input: process.stdin,
  output: process.stdout,
});

// 连接到服务器
const client = net.createConnection({ port: 3000 }, () => {
  console.log('已连接到聊天服务器');
  console.log('输入消息并按 Enter 发送，输入 "exit" 退出');

  // 从标准输入读取用户消息并发送给服务器
  rl.on('line', (input) => {
    if (input.trim().toLowerCase() === 'exit') {
      client.end();
      rl.close();
    } else {
      client.write(input);
    }
  });
});

// 接收服务器消息并打印
client.on('data', (data) => {
  console.log(data.toString());
});

// 处理连接关闭
client.on('end', () => {
  console.log('已断开与服务器的连接');
  rl.close();
});

// 错误处理
client.on('error', (err) => {
  console.error('连接错误:', err.message);
  rl.close();
});

使用步骤

  1. 启动服务器：

    复制代码 
    node server.js

  2. 启动多个客户端（在不同终端窗口）：

    复制代码 
    node client.js

  3. 测试：

    • 在客户端输入消息，按 Enter 发送。
    • 所有客户端（包括发送者）都会收到消息。
    • 输入 exit 退出客户端。

注意事项

  1. 数据编码 ：默认情况下，net 模块以二进制形式传输数据，需通过 toString() 转换为字符串。
  2. 错误处理 ：务必监听 'error' 事件，避免未捕获的异常导致程序崩溃。
  3. 连接管理 ：生产环境中需限制最大连接数（server.maxConnections），并实现心跳机制检测死连接。
  4. 数据完整性：TCP 是流协议，需自行处理消息边界（如通过分隔符或长度前缀）。

UDP

Node.js 的 dgram 模块提供了创建 UDP（User Datagram Protocol）服务器和客户端的功能。UDP 是一种无连接的传输协议，与 TCP 相比，它更轻量、传输速度更快，但不保证数据的可靠传输和顺序。下面详细介绍其核心功能、API 及使用案例。

核心功能与 API

1. 创建 UDP 服务器

使用 dgram.createSocket() 方法创建 UDP 套接字，监听消息：

javascript 复制代码 
const dgram = require('dgram');

// 创建 UDP 服务器（UDP4 表示 IPv4，UDP6 表示 IPv6）
const server = dgram.createSocket('udp4');

// 监听消息事件
server.on('message', (msg, rinfo) => {
  console.log(`收到来自 ${rinfo.address}:${rinfo.port} 的消息: ${msg.toString()}`);
  
  // 向客户端发送响应
  const response = Buffer.from('服务器已收到消息');
  server.send(response, rinfo.port, rinfo.address, (err) => {
    if (err) console.error('发送响应失败:', err);
  });
});

// 监听错误事件
server.on('error', (err) => {
  console.error('服务器错误:', err);
  server.close();
});

// 监听启动成功事件
server.on('listening', () => {
  const address = server.address();
  console.log(`服务器监听在 ${address.address}:${address.port}`);
});

// 绑定端口启动服务器
server.bind(3000);
2. 创建 UDP 客户端

同样使用 dgram.createSocket() 创建套接字，向服务器发送消息并接收响应：

javascript 复制代码 
const dgram = require('dgram');

// 创建 UDP 客户端
const client = dgram.createSocket('udp4');

// 准备要发送的消息
const message = Buffer.from('你好，这是客户端发送的消息');

// 向服务器发送消息
client.send(message, 3000, 'localhost', (err) => {
  if (err) {
    console.error('发送消息失败:', err);
    client.close();
    return;
  }
  console.log('消息已发送到服务器');
});

// 监听服务器响应
client.on('message', (msg, rinfo) => {
  console.log(`收到来自 ${rinfo.address}:${rinfo.port} 的响应: ${msg.toString()}`);
  client.close();
});

// 监听错误事件
client.on('error', (err) => {
  console.error('客户端错误:', err);
  client.close();
});
3. 核心对象与事件

  • dgram.Socket：UDP 套接字对象，常用方法：

    • socket.send(msg, port, address, callback)：向指定地址和端口发送消息。
    • socket.bind(port, [address], [callback])：绑定端口启动监听（服务器端使用）。
    • socket.close()：关闭套接字。
    • socket.setBroadcast(flag)：设置是否允许广播。

  • 常用事件：

    • 'message'：收到消息时触发，回调参数为 (msg, rinfo)，其中 rinfo 包含发送方的地址和端口信息。
    • 'listening'：套接字开始监听时触发。
    • 'error'：发生错误时触发。
    • 'close'：套接字关闭时触发。

完整案例：简单的 UDP 消息应用

服务器端代码
javascript 复制代码 
const dgram = require('dgram');

// 创建 UDP 服务器
const server = dgram.createSocket('udp4');

// 存储所有客户端信息（实际应用中可能需要更复杂的管理）
const clients = new Set();

// 监听消息事件
server.on('message', (msg, rinfo) => {
  const clientKey = `${rinfo.address}:${rinfo.port}`;
  
  // 首次收到消息时记录客户端信息
  if (!clients.has(clientKey)) {
    clients.add(clientKey);
    console.log(`新客户端 ${clientKey} 已连接`);
  }
  
  console.log(`收到 ${clientKey} 的消息: ${msg.toString()}`);
  
  // 广播消息给所有客户端（除发送者外）
  clients.forEach((client) => {
    if (client !== clientKey) {
      const [address, port] = client.split(':');
      server.send(`${clientKey}: ${msg.toString()}`, parseInt(port), address);
    }
  });
});

// 监听错误事件
server.on('error', (err) => {
  console.error('服务器错误:', err);
  server.close();
});

// 监听启动成功事件
server.on('listening', () => {
  const address = server.address();
  console.log(`服务器监听在 ${address.address}:${address.port}`);
});

// 绑定端口启动服务器
server.bind(3000);
客户端代码
javascript 复制代码 
const dgram = require('dgram');
const readline = require('readline');

// 创建标准输入输出接口
const rl = readline.createInterface({
  input: process.stdin,
  output: process.stdout,
});

// 创建 UDP 客户端
const client = dgram.createSocket('udp4');

// 服务器地址和端口
const serverAddress = 'localhost';
const serverPort = 3000;

// 提示用户输入消息
console.log('输入消息并按 Enter 发送，输入 "exit" 退出');

// 从标准输入读取用户消息并发送给服务器
rl.on('line', (input) => {
  if (input.trim().toLowerCase() === 'exit') {
    client.close();
    rl.close();
    return;
  }
  
  const message = Buffer.from(input);
  client.send(message, serverPort, serverAddress, (err) => {
    if (err) console.error('发送消息失败:', err);
  });
});

// 监听服务器或其他客户端的消息
client.on('message', (msg, rinfo) => {
  console.log(`收到 ${rinfo.address}:${rinfo.port} 的消息: ${msg.toString()}`);
});

// 监听错误事件
client.on('error', (err) => {
  console.error('客户端错误:', err);
  client.close();
  rl.close();
});

// 绑定客户端端口（可选，不指定时系统会分配随机端口）
client.bind(() => {
  const address = client.address();
  console.log(`客户端已启动，使用端口 ${address.port}`);
});

使用步骤

  1. 启动服务器：

    复制代码 
    node udp_server.js

  2. 启动多个客户端（在不同终端窗口）：

    复制代码 
    node udp_client.js

  3. 测试：

    • 在任一客户端输入消息，按 Enter 发送。
    • 所有客户端（包括发送者）都会收到消息。
    • 输入 exit 退出客户端。

注意事项

  1. 消息大小限制：UDP 数据包有最大大小限制（通常为 65,507 字节），超过限制的消息会被丢弃。
  2. 不可靠传输：UDP 不保证消息的可靠到达和顺序，适合对实时性要求高但对数据完整性要求较低的场景（如视频流、游戏）。
  3. 广播和组播 ：UDP 支持广播（255.255.255.255）和组播（如 224.0.0.1），可通过 socket.setBroadcast(true) 启用。
  4. 错误处理 ：尽管 UDP 不可靠，但仍需监听 'error' 事件处理网络错误。
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