本文最后更新于：2023年4月15日晚上

socket编程学习笔记 | 2 封装与多进程

1 | 对socket进行封装

在头文件中包含如下类和方法声明:

定义TcpServer类:

class TcpServer {
private:
    int m_socklen;  // 结构体struct sockaddr_in的大小。
    struct sockaddr_in m_clientaddr{};  // address of client
    struct sockaddr_in m_serveraddr{};  // address of server
public:
    int m_listenfd;  // 监听socket
    int m_connfd;  // 客户端连接socket
    bool m_btimeout;  // 是否超时, true: timeout  false: not time out
    int m_buflen{}; // 调用Read方法后，接收到的报文的大小，单位：字节。

    TcpServer();
    bool InitServer(unsigned int port);
    bool Accept(); // 
    char *GetIP() const;  // 获取客户端ip地址
    bool Read(char *buffer,int itimeout); // 读取数据, itimeout为超时时间, 设置为0为无限等待
    bool Write(const char *buffer,int ibuflen=0); // 发送数据, 发送ascii字符串时ibuflen取0, 发送二进制流时取二进制数据块大小(单位: byte)
    void CloseListen();  // 关闭监听socket即m_listenfd
    void CloseClient(); // 关闭客户端socket即m_connfd
    ~TcpServer();
};

定义TcpClient类

class TcpClient {
public:
    int m_sockfd;  // 客户端socket
    char m_ip[21]{};  // 服务器ip地址
    int m_port;  // 通信的端口 
    bool m_btimeout;  // true-超时，false-未超时
    int m_buflen{};
    TcpClient();
    bool ConnectToServer(const char* ip, int port);
    bool Read(char* buffer, int itimeout = 0);
    bool Write(const char* buffer, int ibuflen = 0);
    void Close();
    ~TcpClient();
};

定义读写实用方法:

// communication utils
// Readn: 从sockfd中读取n字节数据到buffer
bool Readn(int sockfd, char* buffer, size_t n);
// Writen: 向sockfd发送buffer中n字节数据
bool Writen(int sockfd, const char* buffer, size_t n);
// TcpRead: Tcp接受数据, itimeout为超时时间, 0为无限等待
bool TcpRead(int sockfd, char* buffer, int* ibuflen, bool& btimeout, int itimeout = 0);
// TcpWrite: 发送数据, 发送ascii字符串时ibuflen取0, 发送二进制流时取二进制数据块大小(单位: byte)
bool TcpWrite(int sockfd, const char* buffer, int ibuflen = 0);

2 | 对粘包和拆包的处理

什么是粘包:

发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包 (发送端出现粘包)
接收端没有及时接收缓冲区包数据，造成一次性接收多个包，出现粘包 (接收端出现粘包)

如何处理粘包:

发送消息的时候在消息首部四个字节表示消息的长度, 接受方每次读取消息的时候先读取首部, 然后按长度读取消息

实现:

TcpRead中「拆包」:

(*ibuflen) = 0;
if (!Readn(sockfd, (char *) ibuflen, 4)) return false;  // 读取首部四个字节, 知道该段数据长度
(*ibuflen) = ntohl(*ibuflen);	// net to host long, 网络字节序->主机字节序
if (!Readn(sockfd, buffer, (*ibuflen))) return false;
return true;

TcpWrite中「封包」:

int ilen = 0;
if (ibuflen == 0) ilen = strlen(buffer);  // 消息的长度
else ilen = ibuflen;
int ilenn = htonl(ilen);  // host to net long, 主机字节序->网络字节序
char str2buffer[ilen + 4]; 
memset(str2buffer, 0, sizeof(str2buffer));
memcpy(str2buffer, &ilenn, 4);  // 把消息长度写入str2buffer的前四个字节
memcpy(str2buffer + 4, buffer, ilen); // 消息写入str2buffer
if (!Writen(sockfd, str2buffer, ilen + 4)) return false;
return true;

3 | 多进程socket

服务端多进程, 每来一个客户端为该客户端创建一个进程:

linux下使用fork()创建子进程, 当返回值>0表示父进程, 返回值=0表示子进程

这里的逻辑是先while (!server.Accept());监听到一个客户端的连接后, 创建一个子进程, 由于子进程拷贝了父进程的资源故父子进程都存在ListenSocket和ClientSocket, 为了节约资源, 父进程可以CloseClient()而子进程可以CloseListen()

//
// Created by roccoshi on 3/24/21.
//
#include "TcpUtil.h"

// 输入端口argv[1]
int main (int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("please input the ip and port, usage: ./server [port]");
    }
    int port = atoi(argv[1]);
    TcpServer server;
    // 忽略子进程的信号, 避免产生僵尸进程
    signal(SIGCHLD,SIG_IGN);  // <wait/sys.h>
    if (!server.InitServer(port)) {
        printf("server.InitServer failed.\n"); return -1;
    } else {
        printf("The server port %d is listening...\n", port);
    }

    // 多进程
    while (true) {
        // waiting for client to connect
        while (!server.Accept());
        int ipid = fork();
        // 父进程只需要保留监听socket
        if (ipid > 0) {
            server.CloseClient(); continue;
        } else { // 子进程
            // 子进程不需要监听socket
            server.CloseListen();
            printf("client(%s) connected. The pid is: %d\n",server.GetIP(), getpid());
            char str_buffer[1024];
            // 接受客户端申请的超时时间
            if (!server.Read(str_buffer, 0)) exit(0);
            int out_time = atoi(str_buffer);
            printf("The client asked for %ds of service..\n",atoi(str_buffer));
            while (true) {
                memset(str_buffer,0,sizeof(str_buffer));
                if (!server.Read(str_buffer, out_time)) break;
                printf("%d recv: %s\n", getpid(), str_buffer);
                memset(str_buffer,0,sizeof(str_buffer));
                sprintf(str_buffer, "OK");
                if (!server.Write(str_buffer)) break;
            }
            printf("the client %d disconnected.\n", getpid());
        }
    }
}