TCP之多线程

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多线程服务器是对多进程服务器的改进,由于多进程服务器在创建进程时要消耗较大的系统资源,所以用线程来取代进程,这样服务处理程序可以较快的创建。据统计,创建线程比创建进程要快 10100 倍,所以又把线程称为“轻量级”进程。线程与进程不同的是:一个进程内的所有线程共享相同的全局内存、全局变量等信息,这种机制又带来了同步问题。

我们在使用多线程并发服务器时,直接使用以上框架,我们仅仅修改client_fun()里面的内容。
代码示例:

 

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>                         
#include <unistd.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>                      
#include <pthread.h>  
  
/************************************************************************ 
函数名称:   void *client_fun(void *arg) 
函数功能:   线程函数,处理客户信息 
函数参数:   已连接套接字 
函数返回:   无 
************************************************************************/  
void *client_fun(void *arg)  
{  
    int recv_len = 0;  
    char recv_buf[1024] = "";   // 接收缓冲区  
    int connfd = (int)arg; // 传过来的已连接套接字  
  
    // 接收数据  
    while((recv_len = recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0)) > 0)  
    {  
        printf("recv_buf: %s\n", recv_buf); // 打印数据  
        send(connfd, recv_buf, recv_len, 0); // 给客户端回数据  
    }  
      
    printf("client closed!\n");  
    close(connfd);  //关闭已连接套接字  
      
    return  NULL;  
}  
  
//===============================================================  
// 语法格式:    void main(void)  
// 实现功能:    主函数,建立一个TCP并发服务器  
// 入口参数:    无  
// 出口参数:    无  
//===============================================================  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int sockfd = 0;             // 套接字  
    int connfd = 0;  
    int err_log = 0;  
    struct sockaddr_in my_addr; // 服务器地址结构体  
    unsigned short port = 8080; // 监听端口  
    pthread_t thread_id;  
      
    printf("TCP Server Started at port %d!\n", port);  
      
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   // 创建TCP套接字  
    if(sockfd < 0)  
    {  
        perror("socket error");  
        exit(-1);  
    }  
      
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));      // 初始化服务器地址  
    my_addr.sin_family = AF_INET;  
    my_addr.sin_port   = htons(port);  
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
      
    printf("Binding server to port %d\n", port);  
      
    // 绑定  
    err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));  
    if(err_log != 0)  
    {  
        perror("bind");  
        close(sockfd);        
        exit(-1);  
    }  
      
    // 监听,套接字变被动  
    err_log = listen(sockfd, 10);  
    if( err_log != 0)  
    {  
        perror("listen");  
        close(sockfd);        
        exit(-1);  
    }  
      
    printf("Waiting client...\n");  
      
    while(1)  
    {  
        char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";     // 用于保存客户端IP地址  
        struct sockaddr_in client_addr;        // 用于保存客户端地址  
        socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);   // 必须初始化!!!  
          
        //获得一个已经建立的连接     
        connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);                                
        if(connfd < 0)  
        {  
            perror("accept this time");  
            continue;  
        }  
          
        // 打印客户端的 ip 和端口  
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);  
        printf("----------------------------------------------\n");  
        printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));  
          
        if(connfd > 0)  
        {  
            //由于同一个进程内的所有线程共享内存和变量,因此在传递参数时需作特殊处理,值传递。  
            pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)client_fun, (void *)connfd);  //创建线程  
            pthread_detach(thread_id); // 线程分离,结束时自动回收资源  
        }  
    }  
      
    close(sockfd);  
      
    return 0;  
}  

1.上面pthread_create()函数的最后一个参数是void *类型,为啥可以传值connfd?
 

while(1)  
{  
    int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);  
    pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)client_fun, (void *)connfd);   
    pthread_detach(thread_id);    
}  

因为void *是4个字节,而connfd为int类型也是4个字节,故可以传值。如果connfd为char、short,上面传值就会出错

2.上面pthread_create()函数的最后一个参数是可以传地址吗?可以,但会对服务器造成不可预知的问题
 

原因:假如有多个客户端要连接这个服务器,正常的情况下,一个客户端连接对应一个 connfd,相互之间独立不受影响,但是,假如多个客户端同时连接这个服务器,A 客户端的连接套接字为 connfd,服务器正在用这个 connfd 处理数据,还没有处理完,突然来了一个 B 客户端,accept()之后又生成一个 connfd, 因为是地址传递, A 客户端的连接套接字也变成 B 这个了,这样的话,服务器肯定不能再为 A 客户端服务器了

3.如果我们想将多个参数传给线程函数,我们首先考虑到就是结构体参数,而这时传值是行不通的,只能传递地址。

这时候,我们就需要考虑多任务的互斥或同步问题了,这里通过互斥锁来解决这个问题,确保这个结构体参数值被一个临时变量保存过后,才允许修改。

#include <pthread.h>  

// 定义互斥锁,全局变量 
pthread_mutex_t mutex; 
 
// 初始化互斥锁,互斥锁默认是打开的 
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); 
   
// 上锁,在没有解锁之前,pthread_mutex_lock()会阻塞    
pthread_mutex_lock(&mutex);     
int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);    

//创建线程,给回调函数传的参数,&connfd,地址传递    
pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)client_process, (void *)&connfd);  
  
// 线程回调函数    
void *client_process(void *arg)    
{    
    int connfd = *(int *)arg; // 传过来的已连接套接字    
        
    // 解锁,pthread_mutex_lock()唤醒,不阻塞    
    pthread_mutex_unlock(&mutex);     
        
    return  NULL;    
}    

示例代码

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>                         
#include <unistd.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>                      
#include <pthread.h>  
  
pthread_mutex_t mutex;  // 定义互斥锁,全局变量  
  
/************************************************************************ 
函数名称:   void *client_process(void *arg) 
函数功能:   线程函数,处理客户信息 
函数参数:   已连接套接字 
函数返回:   无 
************************************************************************/  
void *client_process(void *arg)  
{  
    int recv_len = 0;  
    char recv_buf[1024] = "";   // 接收缓冲区  
    int connfd = *(int *)arg; // 传过来的已连接套接字  
      
    // 解锁,pthread_mutex_lock()唤醒,不阻塞  
    pthread_mutex_unlock(&mutex);   
      
    // 接收数据  
    while((recv_len = recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0)) > 0)  
    {  
        printf("recv_buf: %s\n", recv_buf); // 打印数据  
        send(connfd, recv_buf, recv_len, 0); // 给客户端回数据  
    }  
    //   pthread_mutex_unlock(&mutex);   为什么不能放在这里解锁?放在这里解锁的话,就不能实现连接多个客户端了。
    printf("client closed!\n");  
    close(connfd);  //关闭已连接套接字  
      
    return  NULL;  
}  
  
//===============================================================  
// 语法格式:    void main(void)  
// 实现功能:    主函数,建立一个TCP并发服务器  
// 入口参数:    无  
// 出口参数:    无  
//===============================================================  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int sockfd = 0;             // 套接字  
    int connfd = 0;  
    int err_log = 0;  
    struct sockaddr_in my_addr; // 服务器地址结构体  
    unsigned short port = 8080; // 监听端口  
    pthread_t thread_id;  
      
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁,互斥锁默认是打开的  
      
    printf("TCP Server Started at port %d!\n", port);  
      
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   // 创建TCP套接字  
    if(sockfd < 0)  
    {  
        perror("socket error");  
        exit(-1);  
    }  
      
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));      // 初始化服务器地址  
    my_addr.sin_family = AF_INET;  
    my_addr.sin_port   = htons(port);  
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
      
      
    printf("Binding server to port %d\n", port);  
      
    // 绑定  
    err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));  
    if(err_log != 0)  
    {  
        perror("bind");  
        close(sockfd);        
        exit(-1);  
    }  
      
    // 监听,套接字变被动  
    err_log = listen(sockfd, 10);  
    if( err_log != 0)  
    {  
        perror("listen");  
        close(sockfd);        
        exit(-1);  
    }  
      
    printf("Waiting client...\n");  
      
    while(1)  
    {  
        char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";     // 用于保存客户端IP地址  
        struct sockaddr_in client_addr;        // 用于保存客户端地址  
        socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);   // 必须初始化!!!  
          
        // 上锁,在没有解锁之前,pthread_mutex_lock()会阻塞  
        pthread_mutex_lock(&mutex);   
          
        //获得一个已经建立的连接     
        connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);                                
        if(connfd < 0)  
        {  
            perror("accept this time");  
            continue;  
        }  
        // 打印客户端的 ip 和端口  
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);  
        printf("----------------------------------------------\n");  
        printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));      
        if(connfd > 0)  
        {  
            //给回调函数传的参数,&connfd,地址传递  
            pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)client_process, (void *)&connfd);  //创建线程  
            pthread_detach(thread_id); // 线程分离,结束时自动回收资源  
        }  
    } 
    close(sockfd);   
    return 0;  
}  

运行结果: