Qt学习日记 Day13：网络编程（一）-TCP基础与Socket实战

今天学了什么

今天学习Qt的TCP部分。

TCP

定义：TCP（传输控制协议），是面向连接的字节流传输层协议。

TCP 五大特点：

面向连接：通信前建立连接，通信结束断开连接；
可靠性传输：数据不丢、不错、不乱序、不重复；
字节流传输：无消息边界，数据是连续字节；
全双工：双方可同时收发数据；
自带流量控制、拥塞控制；

TCP 为什么可靠（6点）：

三次握手：建立连接，确认双方收发能力正常；
ACK应答机制：收到数据必须回复确认；
超时重传：未收到ACK，自动重发数据；
序号+确认号：实现数据排序、去重；
流量控制（滑动窗口）：防止接收缓冲区溢出；
拥塞控制：防止网络拥堵瘫痪；

三次握手（建立连接）：

客户端发 SYN：请求连接；
服务端回 SYN+ACK：同意连接；
客户端回 ACK：连接正式建立；

四次挥手（断开连接）：

TCP全双工，收发通道分开关闭，所以需要四次：

主动方发 FIN：我不发数据了；
被动方回 ACK：收到，我还能继续发数据；
被动方发 FIN：我也发完了，也不发了；
主动方回 ACK：确认关闭（等待2MSL）；

2MSL 概念：

MSL：报文在网络中的最大存活时间；
2MSL：主动关闭方最后等待的时间；

作用：保证最后一次 ACK 报文对方一定收到；等待网络中残留的旧数据包全部消失，不干扰新连接。

粘包、拆包：

产生原因：TCP是无边界字节流 + 内核缓冲区 + Nagle算法 + 网络MTU分片。
定义：

粘包：多条消息合并成一条接收；
拆包：一条大消息被分成多次接收；

三种解决办法（从优到劣）：

头部长度法（项目最常用）：前4字节存消息长度；
特殊分隔符法：文本结尾加标记；
定长数据包：固定每条消息长度；

Nagle 算法（粘包核心原因）：

作用：攒小包、合并发送，减少网络数据包数量，优化网络效率。

副作用：攒包机制导致 TCP 粘包；

Qt关闭方式：开启低延迟，小包立刻发送：

socket->setSocketOption(QAbstractSocket::LowDelayOption, 1);

Qt TCP 核心信号：

QTcpSocket 客户端/通信端：

connected：连接成功（只发数据，不读数据）；
readyRead：有数据到达（只能在这里读数据）；
disconnected：连接断开；
errorOccurred：通信出错；

QTcpServer 服务端：

newConnection：监听到新客户端连接；

TCP客户端连接服务器步骤：

① 创建客户端对象；

② socket->connectToHost(Ip，port); //"127.0.0.1",8080

③ connect(socket,&QTcpSocket::connected，...

TCP服务器连接客户端步骤：

① 创建服务器对象；

② serve->listen(QHostAddress::Any,port);

③ connect(serve,&QTcpServer::newConnection,this, $=$ (){

soc=serve->nextPendingConnection();

connect(soc,&QTcpSocket::readyRead,this, $=$ (){

QByteArray text=soc->readAll();

...})； });

任务1：极简 TCP 服务端与客户端

服务端：

QTcpServer 监听端口，收到 newConnection() 后获取 QTcpSocket，收到数据打印出来。

客户端：

QTcpSocket 连接服务端，发送 "Hello Server"。

实现:

① 服务器端：

cpp 复制代码

   serve=new QTcpServer(this);
    serve->listen(QHostAddress::Any,8080);
    connect(serve,&QTcpServer::newConnection,this,[=](){
        soc=serve->nextPendingConnection();
        connect(soc,&QTcpSocket::readyRead,this,[=](){
            QByteArray text=soc->readAll();
            qDebug()<<"服务器接收到客户端发送的消息："<<text;
            soc->write("hello Scoket");
        });
    });

② 客户端：

cpp 复制代码

  socket=new QTcpSocket(this);
    socket->connectToHost("127.0.0.1",8080);
    connect(socket,&QTcpSocket::connected,this,[=](){
        socket->write("Hello Server");
    });
    connect(socket,&QTcpSocket::readyRead,[=](){
        QByteArray text=socket->readAll();
        qDebug()<<"客户端接收到服务器发送的消息："<<text;
    });

带界面的简易聊天室

要求：点击按钮，客户端发送消息给服务端；服务端收到后回复客户端。

实现：

① 设计UI界面：

② 编写代码

cpp 复制代码

#include "mainwindow.h"
#include "./ui_mainwindow.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    serve=new QTcpServer(this);
    socket=new QTcpSocket(this);

    //显示服务器Ip
    QString ip;
    for(auto &a:QNetworkInterface::allAddresses())
    {
        if(a.protocol()==QAbstractSocket::IPv4Protocol&&!a.isLoopback())
        {
            ip=a.toString();
            break;
        }
    }
    qDebug()<<"拿到的Ip："<<ip;
    ui->server_Ip_line->setText(ip);

    connect(serve,&QTcpServer::newConnection,this,[=](){
        QTcpSocket *s=serve->nextPendingConnection();
        soc=s;
        connect(s,&QTcpSocket::readyRead,this,[=]()
                {
            //读取发送来的内容
            QByteArray text=s->readAll();
            qDebug()<<"原始字节："<<text;
            ui->server_textEdit->append(QString("收到客户端发送信息：%1").arg(QString::fromUtf8(text)));
        });
    });

    connect(socket,&QTcpSocket::connected,this,[=](){
        ui->cus_textEdit->append("客户端连接服务器成功。");
    });
    connect(socket,&QTcpSocket::readyRead,this,[=](){
        QByteArray text=socket->readAll();
        ui->cus_textEdit->append("收到服务器发送信息："+text);
    });
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

void MainWindow::on_server_con_btn_clicked()
{
    int port=ui->server_port_line->text().toUInt();
    bool flag=serve->listen(QHostAddress::Any,port);
    if(flag)
    {
        ui->server_textEdit->append("服务端监听成功，端口："+QString::number(port));
    }
    else
    {
        ui->server_textEdit->append("监听失败！端口被占用");
    }
}


void MainWindow::on_server_sendmsg_btn_clicked()
{
    if(serve->isListening())
    {
        soc->write(ui->server_sendmsg_line->text().toUtf8());
    }
}


void MainWindow::on_cus_con_btn_clicked()
{
    QString ip=ui->cus_Ip_line->text();
    int port=ui->cus_port_line->text().toInt();
    socket->connectToHost(ip,port);
}


void MainWindow::on_cus_sendmsg_btn_clicked()
{
    if(socket->isOpen())
    {
        socket->write(ui->cus_sendmsg_line->text().toUtf8());
    }
}


void MainWindow::on_dele_clicked()
{
    ui->cus_textEdit->setText("客户端连接服务器成功。");
}

复盘：① 文本框勾选readOnly，防止运行后，输入干扰；

② 显示服务器的IP地址，以供客户端连接；

③ 文本格式用UTF-8，防止读出来乱码；

④ 代码只是练习用，正式项目里服务端、客户端一定是分开两个程序（两个工程）；同一

个窗口里一边服务端一边客户端，只适合学习调试；

⑤ soc 指针没有进行空指针判断：

在 on_server_sendmsg_btn_clicked 里，如果还没有客户端连接，soc 可能是空指针或者野指针，

直接 soc->write() 会导致程序崩溃。应该先判断：

if(soc && soc->state() == QAbstractSocket::ConnectedState)；

⑥ socket->write 的返回值：

TCP 是流式协议，write 不一定能一次性把所有数据发出去。虽然小数据通常没问题，但严谨的做

法是检查返回值或者写大块数据时处理发送缓冲区;

⑦ 客户端断线没有处理：没有监听 disconnected 信号。如果服务端关掉，客户端不知道，再发数

据就会报错。应该监听 disconnected 信号并在界面上提示"连接已断开"。