TCP通讯程序的编写

1.TCP和UDP区别

2.TCP通讯程序的编写流程

3.实现一次循环通信

4.改进---多进程方式实现多次通信

5.改进---多线程方式实现多次通信

6.改进---多线程方式+字典方式实现多次通信

1.TCP和UDP区别

TCP：面向连接、可靠传输、面向字节流应用场景：文件传输（安全性高于实时性）

UDP：无连接、不可靠、面向数据报应用场景：视频、音频（实时性高于安全性）

2.TCP通讯程序的编写流程

服务器端：

创建套接字
为套接字绑定地址信息
开始监听---将套接字状态置为LISTEN 告诉系统这个套接字可以开始处理连接，tcp服务器会为每个客户端创建一个新的套接字用于与指定客户端通信
获取新建连接socket的套接字描述符
收发数据
关闭套接字

客户端：

创建套接字
绑定地址信息（不推荐客户端主动绑定地址信息）
向服务器发起数据
收发数据
关闭套接字

3.实现一次循环通信

代码如下：

tcp_socket.hpp:

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>#define MAX_LISTEN 5
#define CHECK_RES(q) if((q)==false) { return -1;}
class TcpSocket{private:int _sockfd;public:TcpSocket():_sockfd(-1){}//创建套接字  bool Socket(){_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(_sockfd < 0){perror("socket error");return false;}return true;}//绑定地址信息bool Bind(const std::string &ip,uint16_t port){struct sockaddr_in addr;//先定义一个ipv4的地址结构addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);int ret = bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&addr,len);if(ret<0){perror("bind error");return false;}return true;}//向服务器发起连接bool Connect(const std::string &ip,uint16_t port){struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);int ret = connect(_sockfd,(struct sockaddr*)&addr,len);if(ret < 0){perror("connect error");return false;}return true;}//服务器开始监听bool Listen(int backlog = MAX_LISTEN){int ret = listen(_sockfd,backlog);if(ret < 0){perror("listen error");return false;}return true;}//获取新建连接bool Accept(TcpSocket *sock,std::string *ip=NULL,uint16_t *port=NULL){struct sockaddr_in addr;socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);int newfd = accept(_sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&len);if(newfd<0){perror("accept error");return false;}sock->_sockfd = newfd;if(ip != NULL){*ip = inet_ntoa(addr.sin_addr);}if(port != NULL){*port = ntohs(addr.sin_port);}return true;}//接受数据bool Recv(std::string *body){char tmp[4096] = {0};int ret = recv(_sockfd,tmp,4096,0);if(ret < 0){perror("recv error");return false;}else if(ret == 0){std::cout<<"peer shutdown!\n";return false;}body->assign(tmp,ret);//从tmp中截取ret长度大小的数据return true;}//发送数据bool Send(const std::string &body){int ret;ret = send(_sockfd,body.c_str(),body.size(),0);if(ret < 0){perror("send error");return false;}return true;}//关闭套接字bool Close(){if(_sockfd!= -1){close(_sockfd);}return true;}};

tcp_srv.cpp:

#include "tcp_socket.hpp"
int main()
{TcpSocket lst_sock;//创建套接字CHECK_RES(lst_sock.Socket());//绑定地址信息CHECK_RES(lst_sock.Bind("192.168.164.128",20000));//开始监听CHECK_RES(lst_sock.Listen());while(1){//获取新建连接TcpSocket conn_sock;std::string cliip;uint16_t cliport;bool ret = lst_sock.Accept(&conn_sock,&cliip,&cliport);if(ret < 0){continue;}std::cout<<"new connect:"<<cliip<<":"<<cliport<<std::endl;//使用新建连接与客户端通信std::string buf;ret = conn_sock.Recv(&buf);if(ret == false){conn_sock.Close();continue;}std::cout<<"client say:"<<buf<<std::endl;std::cout<<"server say:";fflush(stdout);std::cin>>buf;ret = conn_sock.Send(buf);if(ret == false){conn_sock.Close();continue;}}// 关闭套接字lst_sock.Close();return 0;}

tcp_cli.cpp:

#include "tcp_socket.hpp"int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!= 3){std::cout<<"please input server address!\n";std::cout<<"USsage:./tcp_cli 192.168.164.128 20000\n";return -1;}std::string srv_ip = argv[1];uint16_t srv_port = std::stoi(argv[2]);TcpSocket cli_sock;//创建套接字CHECK_RES(cli_sock.Socket());//绑定地址信息（客户端不推荐）//向服务器发起连接CHECK_RES(cli_sock.Connect(srv_ip,srv_port));while(1){//与服务器通信std::string buf;std::cout<<"client say:";fflush(stdout);std::cin>>buf;bool ret = cli_sock.Send(buf);if(ret == false){cli_sock.Close();return -1;}buf.clear();ret = cli_sock.Recv(&buf);if(ret == false){cli_sock.Close();return -1;}std::cout<<"server say:"<<buf<<std::endl;}//关闭套接字cli_sock.Close();return 0;}

makefile:

all:tcp_srv tcp_cli
tcp_cli:tcp_cli.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_srv:tcp_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@

测试结果如下：

先运行服务器端程序：

再运行客户端程序：

客户端发送数据：

服务器端收到客户端发送的数据并进行回复：

客户端收到了服务器端的回复：

4.改进---多进程方式实现多次通信

服务器端代码改动（cp tcp_srv.cpp process_srv.cpp)：

process_srv.cpp代码如下：

#include "tcp_socket.hpp"
#include<signal.h>int new_worker(TcpSocket &conn_sock)
{pid_t pid = fork();if(pid < 0){perror("fork error");return -1;}else if(pid == 0){while(1){std::string buf;bool ret = conn_sock.Recv(&buf);if(ret == false){conn_sock.Close();break;}std::cout<<"client say:"<<buf<<std::endl;std::cout<<"server say:";fflush(stdout);std::cin>>buf;ret = conn_sock.Send(buf);if(ret == false){conn_sock.Close();break;}}conn_sock.Close();exit(-1);}
return 0;
}int main()
{//显示忽略子进程退出信号，相当于告诉系统，子进程退出直接释放资源signal(SIGCHLD,SIG_IGN); TcpSocket lst_sock;//创建套接字CHECK_RES(lst_sock.Socket());//绑定地址信息CHECK_RES(lst_sock.Bind("192.168.164.128",20000));//开始监听CHECK_RES(lst_sock.Listen());while(1){//获取新建连接TcpSocket conn_sock;std::string cliip;uint16_t cliport;bool ret = lst_sock.Accept(&conn_sock,&cliip,&cliport);if(ret < 0){continue;}std::cout<<"new connect:"<<cliip<<":"<<cliport<<std::endl;//使用新建连接与客户端通信new_worker(conn_sock);//父进程必须关闭套接字，否则连接的客户端越多，创建的套接字越多//但父进程本质并不与客户端通信，所以最后会资源耗尽//因此必须关闭，而父子进程数据独有，因此父进程的关闭并不影响子进程conn_sock.Close();} // 关闭套接字lst_sock.Close();return 0;}

makefile改动：

all:tcp_srv tcp_cli process_srv
process_srv:process_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_cli:tcp_cli.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_srv:tcp_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@

测试结果（可实现多次通信）：

当前存在的问题：

若客户端1和客户端2都向服务器发送了数据，服务器在客户端1发送了数据之后并没有回复，在2发了之后才回复，此时回复的是客户端1。

测试结果如下（1向服务器发送tianyijingheile,2向服务器发送ganjinxiakeba,服务器端二者都可收到，回复xiake是回复给了客户端1）：

客户端1：

客户端2：

服务器端：

5.改进---多线程方式实现多次通信

cp tcp_srv.cpp thread_srv.cpp

thread_srv.cpp:

#include "tcp_socket.hpp"
#include<pthread.h>void* entry(void* arg)
{TcpSocket *conn_sock = (TcpSocket*)arg;while(1){  std::string buf;bool ret = conn_sock->Recv(&buf);if(ret == false){conn_sock->Close();break;}std::cout<<"client say:"<<buf<<std::endl;std::cout<<"server say:";fflush(stdout);std::cin>>buf;ret = conn_sock->Send(buf);if(ret == false){conn_sock->Close();break;}}conn_sock->Close();delete conn_sock;return NULL;
}
bool new_worker(TcpSocket *conn_sock)
{pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid,NULL,entry,(void*)conn_sock);if(ret != 0){std::cout<<"thread create error\n";return false;}pthread_detach(tid);return true;}int main()
{TcpSocket lst_sock;//创建套接字CHECK_RES(lst_sock.Socket());//绑定地址信息CHECK_RES(lst_sock.Bind("192.168.164.128",20000));//开始监听CHECK_RES(lst_sock.Listen());while(1){//获取新建连接,在堆上申请TcpSocket *conn_sock = new TcpSocket();std::string cliip;uint16_t cliport;bool ret = lst_sock.Accept(conn_sock,&cliip,&cliport);if(ret < 0){continue;}std::cout<<"new connect:"<<cliip<<":"<<cliport<<std::endl;//使用新建连接与客户端通信new_worker(conn_sock);}// 关闭套接字lst_sock.Close();return 0;}

makefile:

all:tcp_srv tcp_cli process_srv thread_srv
thread_srv:thread_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@ -lpthread
process_srv:process_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_cli:tcp_cli.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_srv:tcp_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@

测试结果和多进程方式一样，存在的问题也相同。

6.改进---多线程方式+字典方式实现多次通信

cp thread_srv.cpp robot_srv.cpp

robot_srv.cpp:

#include "tcp_socket.hpp"#include<pthread.h>
#include<unordered_map>std::unordered_map<std::string,std::string>_dictionaries={{"nihao","你好"},{"leihou","雷猴"},{"hello","hi"}};std::string get_rsp(const std::string &key)
{ auto it = _dictionaries.find(key);if(it!= _dictionaries.end()){return it->second;}return "不要乱说话";
}void* entry(void* arg)
{TcpSocket *conn_sock = (TcpSocket*)arg;while(1){  std::string buf;bool ret = conn_sock->Recv(&buf);if(ret == false){conn_sock->Close();break;}std::string data = get_rsp(buf);  ret = conn_sock->Send(data);if(ret == false){conn_sock->Close();break;}}conn_sock->Close();delete conn_sock;return NULL;
}
bool new_worker(TcpSocket *conn_sock)
{pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid,NULL,entry,(void*)conn_sock);if(ret != 0){std::cout<<"thread create error\n";return false;}pthread_detach(tid);return true;}int main()
{TcpSocket lst_sock;//创建套接字CHECK_RES(lst_sock.Socket());//绑定地址信息CHECK_RES(lst_sock.Bind("192.168.164.128",20000));//开始监听CHECK_RES(lst_sock.Listen());while(1){//获取新建连接,在堆上申请TcpSocket *conn_sock = new TcpSocket();std::string cliip;uint16_t cliport;bool ret = lst_sock.Accept(conn_sock,&cliip,&cliport);if(ret < 0){continue;}std::cout<<"new connect:"<<cliip<<":"<<cliport<<std::endl;//使用新建连接与客户端通信new_worker(conn_sock);}// 关闭套接字lst_sock.Close();return 0;}

makefile:

all:tcp_srv tcp_cli process_srv thread_srv robot_srv
robot_srv:robot_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@ -lpthread
thread_srv:thread_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@ -lpthread
process_srv:process_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_cli:tcp_cli.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@
tcp_srv:tcp_srv.cppg++ -std=c++11 $^ -o $@

测试结果客户端：