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目录

1.TCP实现网络通信的过程

1.1服务端

1.2客户端

2.几个重要函数

2.1 listen()与connect()

2.2 ntohs()与inet_nota

3.基于多进程的TCP通信

3.1 服务端

3.2 客户端

4.基于多线程的TCP通信

4.1 服务端

4.2 客户端

4.3 任务

4.4 线程池

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1.TCP实现网络通信的过程

1.1服务端

1.创建网络套接字：socket(),协议族为AF_INET,套接字类型为SOCK_STREAM。

本质上是打开一个套接字文件，目前仅仅有与系统相关的内容(inode和blocks)。该套接字文件主要负责监听。

2.链接网络套接字与本机ip和端口号：bind(),需要建立输出型参数协议地址空间sockaddr_in。

本质上讲本机网络信息内容和套接字文件信息相关联。

3.监听网络连接：listen()，参数为套接字的文件描述符。

本质上是将套接字文件设置为监听状态，允许别人连接。

4.获取新连接到应用层：accept(),返回值为一个新的套接字的文件描述符，参数为监听套接字的文件描述符。

返回的套接字文件主要负责信息的传输。

5.使用read()或者write函数对新套接字文件进行读写，实现网络通信。

6.关闭套接字文件：close()

1.2客户端

1.创建网络套接字：socket(),协议族为AF_INET,套接字类型为SOCK_STREAM。

2.连接服务器：connect()需要建立协议地址空间，并填入客户端的信息。

3.使用read()或者write()对新套接字文件进行读写，实现网络通信。

4.关闭套接字文件close()。

2.几个重要函数

socket等函数以及协议地址空间在udp通信一文中已经说过了。

2.1 listen()与connect()

int listen(int sockfd,int backlog);

第一个参数代表用于监听的套接字文件的文件描述符。监听成功返回0，监听失败返回-1。

int connect(int sockfd,const struct sockaddr*addr,socklen_t addrlen);

第一个参数代表用于监听的套接字文件的文件描述符。第二个参数为服务端的协议地址空间，第三个参数为该协议地址空间的大小。

2.2 ntohs()与inet_nota

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

将一个网络形式的port转化为字符串形式。

char* inet_ntoa(struct in_addr in);

将一个struct in_addr类型的结构体中的s.addr取出，并将该ip转化成点分十进制。

3.基于多进程的TCP通信

3.1 服务端

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
using namespace std;
void Usage(string proc)
{cout << proc << "port_in" << endl;
}
void service(int new_sock)
{while (true){char buffer[1024];memset(buffer, 0, sizeof(buffer));ssize_t s = read(new_sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "client#" << buffer << endl;string echo_string = "server ";echo_string += buffer;write(new_sock, echo_string.c_str(), echo_string.size());}else if (s == 0){cout << "client quit" << endl;break;}else{cerr << "read error" << endl;break;}}
}
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){Usage(argv[0]);return 1;}//创建套接字int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listen_sock < 0){cerr << "socket error" << errno << endl;return 2;}//绑定套接字struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(atoi(argv[1]));local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if ((bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local))) < 0){cerr << "bind error" << errno << endl;return 3;}//等待客户端建立链接const int back_log = 5;if (listen(listen_sock, back_log) < 0){cerr << "listen error" << endl;return 4;}//signal(SIGCHLD,SIG_IGN);while (true){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int new_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (new_sock < 0){continue;}cout << "get a new link..." ;uint16_t client_port=ntohs(peer.sin_port);string client_ip=inet_ntoa(peer.sin_addr);cout<< client_ip<<":"<<client_port<<endl;//提供服务pid_t id=fork();if(id<0){continue;   }else if(id==0){close(listen_sock);if(fork()>0) exit(0);service(new_sock);close(new_sock);exit(0);}else{waitpid(id,nullptr,0);close(new_sock);//do nothing}}
}

3.2 客户端

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
void Usage(string proc)
{cout<<proc<<"ip_ "<<"port_ "<<endl;
}
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){Usage(argv[0]);return 1;}int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);string svr_ip=argv[1];uint16_t port=atoi(argv[2]);if(sock<0){cerr<<"socket error"<<endl;return 2;}struct sockaddr_in server;bzero(&server,sizeof(server));server.sin_family=AF_INET;server.sin_addr.s_addr=inet_addr(svr_ip.c_str());server.sin_port=htons(port);if(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))<0){cout<<"connect fail"<<endl;return 3;}cout<<"connect success"<<endl;while(true){cout<<"please Enter#"<<endl;char buffer[1024];fgets(buffer,sizeof(buffer)-1,stdin);write(sock,buffer,strlen(buffer));ssize_t s=read(sock,buffer,sizeof(buffer)-1);if(s>0){buffer[s]=0;cout<<"server echo#"<<buffer<<endl;}} 
}

4.基于多线程的TCP通信

我们使用线程池来完成多线程实现TCP通信：

4.1 服务端

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
#include"Threadpool.hpp"
using namespace std;
using namespace ns_threadpool;
void Usage(string proc)
{cout << proc << "port_in" << endl;
}int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){Usage(argv[0]);return 1;}//创建套接字int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listen_sock < 0){cerr << "socket error" << errno << endl;return 2;}//绑定套接字struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(atoi(argv[1]));local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if ((bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local))) < 0){cerr << "bind error" << errno << endl;return 3;}//等待客户端建立链接const int back_log = 5;if (listen(listen_sock, back_log) < 0){cerr << "listen error" << endl;return 4;}//signal(SIGCHLD,SIG_IGN);while (true){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int new_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (new_sock < 0){continue;}cout << "get a new link..." ;uint16_t client_port=ntohs(peer.sin_port);string client_ip=inet_ntoa(peer.sin_addr);cout<< client_ip<<":"<<client_port<<endl;//提供服务Task t(new_sock);ThreadPool<Task>::getinstance()->Push(t);}
}

4.2 客户端

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
void Usage(string proc)
{cout<<proc<<"ip_ "<<"port_ "<<endl;
}
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){Usage(argv[0]);return 1;}int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);string svr_ip=argv[1];uint16_t port=atoi(argv[2]);if(sock<0){cerr<<"socket error"<<endl;return 2;}struct sockaddr_in server;bzero(&server,sizeof(server));server.sin_family=AF_INET;server.sin_addr.s_addr=inet_addr(svr_ip.c_str());server.sin_port=htons(port);if(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))<0){cout<<"connect fail"<<endl;return 3;}cout<<"connect success"<<endl;while(true){cout<<"please Enter#"<<endl;char buffer[1024];fgets(buffer,sizeof(buffer)-1,stdin);write(sock,buffer,strlen(buffer));ssize_t s=read(sock,buffer,sizeof(buffer)-1);if(s>0){buffer[s]=0;cout<<"server echo#"<<buffer<<endl;}} 
}

4.3 任务

#include <iostream>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;
namespace ns_task
{struct Task{private:int sock_;public:Task() : sock_(-1) {}Task(int sock) : sock_(sock) {}int Run(){while (true){char buffer[1024];memset(buffer, 0, sizeof(buffer));ssize_t s = read(sock_, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "client#" << buffer << endl;string echo_string = "server ";echo_string += buffer;write(sock_, echo_string.c_str(), echo_string.size());}else if (s == 0){cout << "client quit" << endl;break;}else{cerr << "read error" << endl;break;}}close(sock_);}};
}

4.4 线程池

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <queue>
#include "task.hpp"
using namespace std;
using namespace ns_task;
namespace ns_threadpool
{template <class T>class ThreadPool{private:int num_;pthread_mutex_t mtx;pthread_cond_t cond;queue<T> Task;static ThreadPool<T>* ins;public:ThreadPool() : num_(5){pthread_mutex_init(&mtx,nullptr);pthread_cond_init(&cond,nullptr);}void Lock(){pthread_mutex_lock(&mtx);}void unLock(){pthread_mutex_unlock(&mtx);}void Wait(){pthread_cond_wait(&cond, &mtx);}void Wakeup(){pthread_cond_signal(&cond);}void Push(T &task){Lock();Task.push(task);unLock();Wakeup();}void Pop(T *task){*task = Task.front();Task.pop();}bool IsEmpty(){return Task.empty();}static void *Routine(void *args){pthread_detach(pthread_self());ThreadPool<T> *tp = (ThreadPool<T> *)args;while (true){tp->Lock();if (tp->IsEmpty()){tp->Wait();}T t;tp->Pop(&t);tp->unLock();t.Run();}}void InitThreadPool(){pthread_t tid;for (int i = 0; i < num_; i++){pthread_create(&tid,nullptr, Routine, (void *)this);}}static ThreadPool<T>* getinstance(){if(ins==nullptr){pthread_mutex_t mmtx=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_lock(&mmtx);if(ins==nullptr){ins=new ThreadPool<T>();ins->InitThreadPool();}pthread_mutex_unlock(&mmtx);}return ins;}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(&mtx);pthread_cond_destroy(&cond);}};template<class T>ThreadPool<T>* ThreadPool<T>::ins=nullptr;
}