Linux C/TCP多线程网络聊天室
2024-04-17 09:09:41
多线程TCP网络聊天室
我们都知道TCP是一种基于连接的传输协议，使用多线程来实现其实步骤很简单。
首先说明一下项目：服务端开启后，直接运行客户端可以加入聊天室，同时其他客户端可以接收到某某客户端进入聊天室的消息，如果有个客户端主动退出或者意外退出，其他客户端同样会收到某某客户端退出的消息，除了这两个注意的点以外其他就是正常聊天。
注：项目只是完成基本功能，涉及一些网络安全和一些网络加密方面我也不太懂。
客户端
主程序 main函数内部
首先创建网络套接字sockfd，sockfd我创建到全局变量里方便线程使用
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建网络套接字
创建server的网络信息结构体并填充
struct sockaddr_in serverSock;
socklen_t serverLen = sizeof(struct sockaddr_in);
//地址为回环地址,如果想要使用其他地址请把htonl(INADDR_ANY)修改为inet_addr(IP),IP为自己地址
serverSock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
// 端口自行设置
serverSock.sin_port = htons(PORT);
serverSock.sin_family = AF_INET;
连接服务端
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serverSock, serverLen);
接下来就是打印下说明，好让人知道已经连接到服务端了
printf("=====欢迎加入聊天室=====\n");
printf(" 退出服务器请输入quit \n");
接下来就是创建两个线程：接收消息和发送消息
pthread_t pthreadSend;
pthread_create(&pthreadSend, NULL, pthread_send, NULL);
pthread_t pthreadRecv;
pthread_create(&pthreadRecv, NULL, pthread_recv, NULL);
在线程创建完成之后我们不要让这个程序结束，否则主程序结束线程也就跟着结束了。
while(!quit);
return 0;
quit变量是一个全局变量，是用在发送端主动输入quit的时候传递变量来结束主程序。
到这里主程序已经结束，接下来就是两个线程的内部功能
接收线程
void *pthread_recv(void *arg)
{msg_t msg; // 接收消息的结构体，我会放到head.h文件中解释bzero(&msg, 0); // 初始化while (1) //循环{/* 阻塞接收函数,ret返回值用处来表明接收消息是否正常 *//* 同时也能知道其他客户端是否还在不在聊天室,比如下文的等于0 */int ret = recv(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0); if (ret > 0){/* type变量是一个区分,1为正常消息,0为不正常,通常是有客户端主动正常退出 */if (msg.type == 1 && strlen(msg.message) > 0){/* 打印消息同时打印是哪个客户端打印的 */printf("客户端(%s:%d):%s\n", inet_ntoa(msg.cli.client.sin_addr), ntohs(msg.cli.client.sin_port), msg.message);}else{printf("%s\n", msg.message);}}/* 为0就是某某客户端断开连接 */else if (ret == 0){printf("%s\n", msg.message);}}
}
发送线程
void *pthread_send(void *arg)
{msg_t msg;bzero(&msg, 0);while (1){/* 读取输入 */scanf("%s", msg.message);/* 防止读取到一个回车就发送 */if (getchar() == '\n' && msg.message[0] != '\n'){/* 安全起先还是加了一个\0 */int len = strlen(msg.message);msg.message[len + 1] = '\0';send(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0);/* 如果是quit的话令quit变量为true,这样主程序会结束 */if (!strcmp(msg.message, "quit")){quit = true;break;}memset(msg.message, 0, sizeof(msg.message));}}
}
到这里客户端代码结束。
服务端
服务端采用多线程的话,思路是这样的
服务端 main函数内部
int main()
{sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in serverSock;socklen_t serverLen = sizeof(struct sockaddr_in);serverSock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serverSock.sin_port = htons(PORT);serverSock.sin_family = AF_INET;bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serverSock, serverLen);listen(sockfd, 0);pthread_t acceptPthread;pthread_create(&acceptPthread, NULL, pthread_accept, NULL);while (1);return 0;
}
main函数整体思路跟客户端是一致的,唯一区别就是只有一个接收线程,同时while(1)死循环,只是为了实现客户端主动退出,并未考虑服务端主动关闭。
服务端接收线程函数
void *pthread_accept(void *arg)
{struct sockaddr_in clientSock;socklen_t clientLen = sizeof(struct sockaddr_in);printf("===========聊天室已创建===========\n");while (1){int acceptFd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientSock, &clientLen);/*pNode保存客户端信息,并将这个结构体传递给common的线程*//*common线程是把客户端加入到链表中之后再创建的用于接收和转发聊天*/cli_t *pNode = (cli_t *)malloc(sizeof(cli_t));pNode->client = clientSock;pNode->fd = acceptFd;pNode->next = NULL;/*采用头插法*/if (phead.size > 0){cli_t *p = phead.cli.next;phead.cli.next = pNode;pNode->next = p;}else if (phead.size == 0){phead.cli.next = pNode;}phead.size++;pthread_t commonPthread;/*创建聊天线程*/pthread_create(&commonPthread, NULL, pthread_common, (void *)pNode);pthread_detach(commonPthread);}
}
服务端聊天线程
void *pthread_common(void *arg)
{/*传递过来的pNode结构体中包含客户端的信息*/cli_t *pNode = (cli_t *)arg;/*打印给服务端显示*/printf("客户端(%s:%d)加入聊天室\n", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));/*如果客户端链表大于1就转发某某加入聊天室的信息,并通知其他客户端*/if (phead.size > 1){cli_t *p = &phead.cli;msg_t msg;bzero(&msg, 0);msg.cli = *pNode;msg.type = 0;sprintf(msg.message, "客户端(%s:%d)加入聊天室", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));while (p->next != NULL){p = p->next;/*除自己外不用发*/if (p->fd == pNode->fd)continue;send(p->fd, &msg, sizeof(msg), 0);}}/*死循环,接收和转发消息或者处理客户端消息*/while (1){msg_t msgs;bzero(&msgs, 0);int ret = recv(pNode->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);/* 这里对客户端链表上锁,以防止两个或多个客户端同时退出造成 *//* 服务端崩溃或者转发消息失败 */pthread_mutex_lock(&phead.lock);if (ret > 0){/*先对发来quit消息的客户端进行处理*/if (!strcmp("quit", msgs.message)){phead.size--;msgs.type = 0;printf("客户端(%s:%d)退出聊天室\n", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));sprintf(msgs.message, "客户端(%s:%d)退出聊天室", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));cli_t *p = &phead.cli;while (p->next != NULL){p = p->next;if (p->fd == pNode->fd){continue;}send(p->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);}/* 待消息转发结束之后解锁链表 */pthread_mutex_unlock(&phead.lock);/* 从链表中删除此客户端信息 */delNodeFromList(&phead, pNode->fd);/* 关闭此套接字 */close(pNode->fd);/* 线程结束 */pthread_cancel(pthread_self());bzero(&msgs, 0);break;}else // 如果不是quit就正常转发此客户端发来的消息{msgs.cli = *pNode;cli_t *p = &phead.cli;/* type = 1就是为了能够客户端那边打印客户端消息 */msgs.type = 1; while (p->next != NULL){p = p->next;if (p->fd == pNode->fd)continue;send(p->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);}/* 正常发送消息结束后解锁链表 */pthread_mutex_unlock(&phead.lock);}}/* 这就是ret小于等于0的情况了,表示客户端意外退出 *//* 其处理方法和上边quit的处理相同,不过就是发送消息改为了 *//* 意外退出而已 */else{phead.size--;msgs.type = 0;printf("客户端(%s:%d)意外退出聊天室\n", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));sprintf(msgs.message, "客户端(%s:%d)意外退出聊天室", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));cli_t *p = &phead.cli;while (p->next != NULL){p = p->next;if (p->fd == pNode->fd){continue;}send(p->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);}pthread_mutex_unlock(&phead.lock);delNodeFromList(&phead, pNode->fd);pthread_cancel(pthread_self());close(pNode->fd);bzero(&msgs, 0);break;}}
}
服务端 链表删除客户端节点函数
void delNodeFromList(msg_t *phead, int fd)
{if (phead == NULL)return;cli_t *p = &phead->cli;cli_t *pDel = NULL;/* 遍历链表找到要删除客户端的节点令pDel指向它 */while (p->next != NULL){if (p->next->fd == fd){pDel = p->next;break;}p = p->next;}p->next = pDel->next;pDel->next = NULL;free(pDel);pDel = NULL;
}
服务端server.c文件
#include "../head.h"
msg_t phead;
int sockfd;void delNodeFromList(msg_t *phead, int fd)
{if (phead == NULL)return;cli_t *p = &phead->cli;cli_t *pDel = NULL;/* 遍历链表找到要删除客户端的节点令pDel指向它 */while (p->next != NULL){if (p->next->fd == fd){pDel = p->next;break;}p = p->next;}p->next = pDel->next;pDel->next = NULL;free(pDel);pDel = NULL;
}void *pthread_common(void *arg)
{/*传递过来的pNode结构体中包含客户端的信息*/cli_t *pNode = (cli_t *)arg;/*打印给服务端显示*/printf("客户端(%s:%d)加入聊天室\n", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));/*如果客户端链表大于1就转发某某加入聊天室的信息,并通知其他客户端*/if (phead.size > 1){cli_t *p = &phead.cli;msg_t msg;bzero(&msg, 0);msg.cli = *pNode;msg.type = 0;sprintf(msg.message, "客户端(%s:%d)加入聊天室", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));while (p->next != NULL){p = p->next;/*除自己外不用发*/if (p->fd == pNode->fd)continue;send(p->fd, &msg, sizeof(msg), 0);}}/*死循环,接收和转发消息或者处理客户端消息*/while (1){msg_t msgs;bzero(&msgs, 0);int ret = recv(pNode->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);/* 这里对客户端链表上锁,以防止两个或多个客户端同时退出造成 *//* 服务端崩溃或者转发消息失败 */pthread_mutex_lock(&phead.lock);if (ret > 0){/*先对发来quit消息的客户端进行处理*/if (!strcmp("quit", msgs.message)){phead.size--;msgs.type = 0;printf("客户端(%s:%d)退出聊天室\n", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));sprintf(msgs.message, "客户端(%s:%d)退出聊天室", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));cli_t *p = &phead.cli;while (p->next != NULL){p = p->next;if (p->fd == pNode->fd){continue;}send(p->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);}/* 待消息转发结束之后解锁链表 */pthread_mutex_unlock(&phead.lock);/* 从链表中删除此客户端信息 */delNodeFromList(&phead, pNode->fd);/* 关闭此套接字 */close(pNode->fd);/* 线程结束 */pthread_cancel(pthread_self());bzero(&msgs, 0);break;}else // 如果不是quit就正常转发此客户端发来的消息{msgs.cli = *pNode;cli_t *p = &phead.cli;/* type = 1就是为了能够客户端那边打印客户端消息 */msgs.type = 1; while (p->next != NULL){p = p->next;if (p->fd == pNode->fd)continue;send(p->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);}/* 正常发送消息结束后解锁链表 */pthread_mutex_unlock(&phead.lock);}}/* 这就是ret小于等于0的情况了,表示客户端意外退出 *//* 其处理方法和上边quit的处理相同,不过就是发送消息改为了 *//* 意外退出而已 */else{phead.size--;msgs.type = 0;printf("客户端(%s:%d)意外退出聊天室\n", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));sprintf(msgs.message, "客户端(%s:%d)意外退出聊天室", inet_ntoa(pNode->client.sin_addr), ntohs(pNode->client.sin_port));cli_t *p = &phead.cli;while (p->next != NULL){p = p->next;if (p->fd == pNode->fd){continue;}send(p->fd, &msgs, sizeof(msgs), 0);}pthread_mutex_unlock(&phead.lock);delNodeFromList(&phead, pNode->fd);pthread_cancel(pthread_self());close(pNode->fd);bzero(&msgs, 0);break;}}
}void *pthread_accept(void *arg)
{struct sockaddr_in clientSock;socklen_t clientLen = sizeof(struct sockaddr_in);printf("===========聊天室已创建===========\n");while (1){int acceptFd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientSock, &clientLen);/*pNode保存客户端信息,并将这个结构体传递给common的线程*//*common线程是把客户端加入到链表中之后再创建的用于接收和转发聊天*/cli_t *pNode = (cli_t *)malloc(sizeof(cli_t));pNode->client = clientSock;pNode->fd = acceptFd;pNode->next = NULL;/*采用头插法*/if (phead.size > 0){cli_t *p = phead.cli.next;phead.cli.next = pNode;pNode->next = p;}else if (phead.size == 0){phead.cli.next = pNode;}phead.size++;pthread_t commonPthread;/*创建聊天线程*/pthread_create(&commonPthread, NULL, pthread_common, (void *)pNode);pthread_detach(commonPthread);}
}
int main()
{sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in serverSock;socklen_t serverLen = sizeof(struct sockaddr_in);serverSock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serverSock.sin_port = htons(PORT);serverSock.sin_family = AF_INET;bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serverSock, serverLen);listen(sockfd, 0);pthread_t acceptPthread;pthread_create(&acceptPthread, NULL, pthread_accept, NULL);while (1);return 0;
}
客户端client.c文件
#include "../head.h"
int sockfd;
int quit = 0;
void *pthread_recv(void *arg)
{msg_t msg; // 接收消息的结构体，我会放到head.h文件中解释bzero(&msg, 0); // 初始化while (1) //循环{/* 阻塞接收函数,ret返回值用处来表明接收消息是否正常 *//* 同时也能知道其他客户端是否还在不在聊天室,比如下文的等于0 */int ret = recv(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0); if (ret > 0){/* type变量是一个区分,1为正常消息,0为不正常,通常是有客户端主动正常退出 */if (msg.type == 1 && strlen(msg.message) > 0){/* 打印消息同时打印是哪个客户端打印的 */printf("客户端(%s:%d):%s\n", inet_ntoa(msg.cli.client.sin_addr), ntohs(msg.cli.client.sin_port), msg.message);}else{printf("%s\n", msg.message);}}/* 为0就是某某客户端断开连接 */else if (ret == 0){printf("%s\n", msg.message);}}
}void *pthread_send(void *arg)
{msg_t msg;bzero(&msg, 0);while (1){/* 读取输入 */scanf("%s", msg.message);/* 防止读取到一个回车就发送 */if (getchar() == '\n' && msg.message[0] != '\n'){/* 安全起先还是加了一个\0 */int len = strlen(msg.message);msg.message[len + 1] = '\0';send(sockfd, &msg, sizeof(msg), 0);/* 如果是quit的话令quit变量为true,这样主程序会结束 */if (!strcmp(msg.message, "quit")){quit = true;break;}memset(msg.message, 0, sizeof(msg.message));}}
}int main()
{sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in serverSock;socklen_t serverLen = sizeof(struct sockaddr_in);serverSock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serverSock.sin_port = htons(PORT);serverSock.sin_family = AF_INET;connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serverSock, serverLen);printf("=====欢迎加入聊天室=====\n");printf(" 退出服务器请输入quit \n");msg_t msg;bzero(&msg, 0);pthread_t pthreadSend;pthread_create(&pthreadSend, NULL, pthread_send, NULL);pthread_t pthreadRecv;pthread_create(&pthreadRecv, NULL, pthread_recv, NULL);while (!quit);return 0;
}
head.h头文件
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <pthread.h>
// 使用htonl(INADDR_ANY)的话下边的IP用不到了
// 当然可以修改为自己的IP,那就把htonl改为inet_addr(IP)
#define IP "127.0.0.1"
#define PORT 5212typedef struct client
{struct sockaddr_in client;int fd;struct client *next;
}cli_t;typedef struct msg
{pthread_mutex_t lock; // 锁char message[512]; // 发送和接收数据int type; // 类型cli_t cli; // 客户端信息结构体int size; // 链表大小
}msg_t;#endif
Makefile文件编译两个可执行文件,cli和ser
all:gcc client.c -o cli -lpthreadgcc server.c -o ser -lpthread
clean:rm -rf cli ser
最后效果
正常加入聊天室和聊天的效果
主动退出和意外退出的效果
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