网络程序之TCP、UDP篇（其一）

我记得最开始接触网络程序是在我读大二的时候，当时我做的是一个聊天的程序，也不知道服务器和客户端的概念，在网上就是一顿找啊，才到自己能看懂的答案，但是只能两个程序能聊天。造成这样的原因是程序是阻塞的，然而那时我并不知道什么是阻塞，所以程序就搁置到那了。这个问题一直到我大四在一家音视频公司实习的时候才解决了，也是我对网络程序了解更深了一步。结合我自己对网络编程的经验，写了关于网络程序的篇章，一共有三篇。之所以想写下来，是因为想着我在学网络程序初期走了很多不必要的弯路，如果有正在想学网络程序的同僚，希望这篇文章能让你少走弯路。

废话不多说，开始听我洗脑。哈哈

所谓网络程序，就是写的程序能通过网络进行通信（就是交互数据），所以要想程序间能进行通信，至少要运行两个实例（其中，一个实例为服务器，一个为客户端）。一般来说，服务器实例只要一个，客户端实例可以多个。服务器和客户端的实例可以是同一个程序（该程序既是服务器，又是客户端，一般用于局域网），也可以是不同的程序（服务器一个程序，客户端一个程序）。

如何建立TCP链接？（相关代码都使用C++进行演示）

首先，个人建议先了解一下TCP协议，以及TCP链接建立的三次握手、断开的四次挥手。期间服务器和客户端状态变化建议了解比较好，这里不做讲解，感兴趣的可以去看看。

如果你不想了解那些原理，也没关系，并不影响编程。

服务端（只要记住六步）：

1）创建套接字（socket）

2）绑定地址（bind）

3）监听（listen）

4）轮询等待客户端的接入（select | accept）

5）接收，发送消息（recv | send）

6）关闭（close）

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS

#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, “ws2_32.lib”)

int main()
{
//检测版本号
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1);
::WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);

//1）创建套接字
SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP0);//2）绑定地址
SOCKADDR_IN addrServer;
addrServer.sin_family = AF_INET;
addrServer.sin_port = ::htons(8888);
addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = ::inet_addr("127.0.0.1");
::bind(s, (SOCKADDR *)&addrServer, sizeof(SOCKADDR));//3）监听
::listen(s, 5);//4）轮询等待客户端的接入
int iLen = sizeof(SOCKADDR);
while (true) {SOCKADDR_IN clientAddr;SOCKET client = ::accept(s, (SOCKADDR *)&clientAddr, &iLen);//5）发送消息::send(client, "sever", 6, 0);
}//6）关闭
closesocket(s);
return 0;

}

客户端（只要记住四步）

1）创建套接字（scoket）

2）连接服务器（connect）

3）接收，发送消息（recv | send）

4）关闭（close）

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main()
{//检测版本号WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1);::WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//1）创建套接字SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//2）连接SOCKADDR_IN addrServer;addrServer.sin_family = AF_INET;addrServer.sin_port = ::htons(8888);addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = ::inet_addr("127.0.0.1");::connect(s, (sockaddr*)&addrServer, sizeof(addrServer));//3）接收消息char szBuf[1024] = { 0 };int ret = recv(s, szBuf, 1024, 0);szBuf[ret] = '\0';printf("%s\n", szBuf);//4）关闭closesocket(s);return 0;
}

上述代码是基于WinSocket编写的，visual studio编辑可直接运行。为了便于理解，很多异常情况没有判断。看了上面客户端，和服务器的代码是不是觉得很容易？但是上诉程序只能保证一个客户端进行正常交互。为什么呢？原因就是服务器中的accept函数是阻塞函数，也就是当有新的客户端连接到服务器时，accept才会返回，否则一直处于等待状态。那么如何解决呢？这里可能很多同僚也知道，使用select模式轮询，或者epoll模式（Linux独有）。这里给大家科普一下，早期还没有select模式和epoll模式的时候，是如何解决阻塞的呢？是用线程处理的，当时最早的魔兽世界服务器据说是用线程处理的阻塞问题。因为accept，recv，send三个函数都是阻塞函数，所以服务端至少创建2倍的客户端+1的线程数量。这是在没有select和epoll模式的做法。但是线程多了，不仅消耗操作系统的资源，而且会让程序变得很复杂，不是很好维护。下面给出select模式下的，服务端和客户端代码。

服务端：

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")bool IsCanWrite(SOCKET s)
{fd_set writefds;FD_ZERO(&writefds);FD_SET(s, &writefds);timeval timeout;timeout.tv_sec = 0;timeout.tv_usec = 0;int ret = select(FD_SETSIZE, NULL, &writefds, NULL, &timeout);if (ret > 0 && FD_ISSET(s, &writefds)) {return true;}return false;
}int main()
{//检测版本号WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1);::WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//1）创建套接字SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//2）绑定地址SOCKADDR_IN addrServer;addrServer.sin_family = AF_INET;addrServer.sin_port = ::htons(8888);addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = ::inet_addr("127.0.0.1");::bind(s, (SOCKADDR *)&addrServer, sizeof(SOCKADDR));//3）监听::listen(s, 5);//4）轮询等待客户端的接入SOCKET sMax = s;int iLen = sizeof(SOCKADDR);while (true) {//判断是否有新的连接fd_set fdRead;FD_ZERO(&fdRead);FD_SET(s, &fdRead);int ret = -1;timeval t_out = { 0, 0 };ret = select(sMax + 1, &fdRead, NULL, NULL, &t_out);if (ret > 0) {if (FD_ISSET(s, &fdRead)) {SOCKADDR_IN clientAddr;SOCKET client = ::accept(s, (SOCKADDR *)&clientAddr, &iLen);//5）发送消息//判断套接字是否可写if (IsCanWrite(client)) {::send(client, "sever", 6, 0);}}}//防止独占CPUSleep(10);}//6）关闭closesocket(s);return 0;
}

客户端：

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")bool IsCanRead(SOCKET s)
{fd_set readfds;FD_ZERO(&readfds);FD_SET(s, &readfds);timeval timeout;timeout.tv_sec = 0;timeout.tv_usec = 0;int ret = select(FD_SETSIZE, &readfds, NULL, NULL, &timeout);if (ret > 0 && FD_ISSET(s, &readfds)) {return true;}return false;
}int main()
{//检测版本号WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1);::WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//1）创建套接字SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//2）连接SOCKADDR_IN addrServer;addrServer.sin_family = AF_INET;addrServer.sin_port = ::htons(8888);addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = ::inet_addr("127.0.0.1");::connect(s, (sockaddr*)&addrServer, sizeof(addrServer));//3）接收消息while (true) {//判断套接字是否可读if (IsCanRead(s)) {char szBuf[1024] = { 0 };int ret = recv(s, szBuf, 1024, 0);szBuf[ret] = '\0';printf("%s\n", szBuf);}//防止独占CPUSleep(10);}//4）关闭closesocket(s);return 0;
}

上述就是阻塞模式和非阻塞模式的代码，这里非阻塞模式只给了select模型，至于epoll模型，可以自行科普（epoll和select模型是有区别，根据不同的情况选择不同的模式，这里不做说明）。

如何建立UDP链接？（相关代码都使用C++进行演示）

还是个人建议先了解一下UDP协议，相对于TCP协议比较而言，UDP协议简单的多。

如果你不想了解那些原理，也没关系，并不影响编程。

服务端（只要记住四步）：

1）创建套接字（socket）

2）绑定地址（bind）

3）接收，发送消息（recv | send）

4）关闭（close）

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main()
{//检测版本号WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1);::WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//1）创建套接字SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);//2）绑定地址SOCKADDR_IN addrServer;addrServer.sin_family = AF_INET;addrServer.sin_port = ::htons(9999);addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = ::inet_addr("127.0.0.1");::bind(s, (SOCKADDR *)&addrServer, sizeof(SOCKADDR));//3）接收消息while (true) {sockaddr_in addr;int addr_len = sizeof(SOCKADDR);char szBuf[1024] = { 0 };int ret = recvfrom(s, szBuf, 1024, 0, (sockaddr*)&addr, &addr_len);if (ret > 0) {szBuf[ret] = '\0';printf("%s\n", szBuf);}//防止CPU空转Sleep(10);}//4）关闭closesocket(s);return 0;
}

客户端（只要记住三步）：

1）创建套接字（socket）

2）接收，发送消息（recv | send）

3）关闭（close）

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main()
{//检测版本号WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1);::WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//1）创建套接字SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);//2）发送消息SOCKADDR_IN addrServer;int addr_len = sizeof(SOCKADDR);addrServer.sin_family = AF_INET;addrServer.sin_port = ::htons(9999);addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = ::inet_addr("127.0.0.1");sendto(s, "client", 6, 0, (sockaddr*)&addrServer, addr_len);//3）关闭closesocket(s);return 0;
}

上述就是UDP连接的相关代码，为了便于理解，有些异常情况没有判断，在实战项目中，注意点就行。下面说一下TCP和UDP链接的特点，网同僚在以后开发中自己进行选取。

TCP链接：需要建立连接，稳定（超时重传机制），数据不容易丢失，流式数据；

UDP链接：无需建立链接，不稳定，数据可能会丢，报文数据

套接字属性？

其实套接字本身是还有很多属性的，如果仅仅以为掌握上述的select代码就算掌握的话，那你可就太天真了。上述本人给的select模式代码，默认是非阻塞的；其实也可以把select设置成超时阻塞模式，这就需要知道套接字属性字段了。下面我例举部分属性字段，主要目的是让知道套接字有属性就行，具体哪些可以网上查阅。

//下面是winsocket的属性，主要是命名不一样，Linux下也有，可能是别的命名方式
FIONBIO //阻塞模式
SO_LINGER //linger算法（节约流量，不知道的网上科普）
SO_SNDBUF //协议栈（这个概念不是很清楚的，先放一放，或者去科普，因为随着你写的越多，你就慢慢明白了）的发送缓冲区大小
SO_RCVBUF //协议栈的接收缓冲区大小
SO_SNDTIMEO //发送超时
SO_RCVTIMEO //接收超时
SO_REUSEADDR //重用地址
TCP_NODELAY //延时发送（如果开启，就可能会产生黏包）
//等等，还有很多字段，但是常用（本人常用）的就这么几个

到这里，关于套接字，TCP和UDP操作，基本差不多了，好像也就只这些。所以，不用把网络编程想的太困难。最后，附上本人套接字的封装代码，有需要的自行下载。本人只实现了C/C++语言(Windows/Linux)和PHP语言两个版本，其实都差不多，懂了原理各种语言都一样，都是API的名字不一样罢了。好吧，不说了，祝早日成功。

链接：https://pan.baidu.com/s/1IbZBsQxR2yUSs06aK5AmXw
提取码：jzt1

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