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C++多线程Socket编程

2023-07-13 16:06:13 深夜i -- --

C++ 多线程 Socket编程

C++作为一种高效的编程语言，被广泛应用于各种开发领域。在网络编程中，多线程的Socket编程是一种常见的方式，可以提高程序的并发处理能力，减少系统资源的浪费，提高程序的响应速度。本文将介绍C++多线程Socket编程的基本概念和实现方法。

一、多线程编程

多线程是指在一个程序中可以同时运行多个线程，每个线程都有自己的执行流程和执行状态。多线程编程可以有效地利用CPU资源，提高程序的运行效率和响应速度。

C++语言提供了多线程编程的支持，通过标准库的thread头文件可以轻松地创建、启动和管理线程。例如，下面的代码演示了创建一个线程并启动它的方法。


#include <iostream>
#include <thread>
void worker()
 std::cout << "Hello from worker thread!" << std::endl;
int main()
{
 std::thread t(worker);
 t.join();
 return 0;
}

上面的代码创建了一个名为t的线程，并通过join()方法等待该线程的完成。在worker()函数中输出了一条字符串，可以看到该字符串是在另一个线程中执行的。多线程编程的一个重要概念是“共享内存”，也就是多个线程可以共享同一个内存区域。

二、Socket编程

Socket是一种通信协议，用于在网络上传输数据。在Socket编程中，通常将一个计算机系统中的网络通信表示为一个Socket对。每个Socket对包括一个Socket和一个对应的端口号，用于唯一标识该Socket。

C++语言提供了Socket编程的支持，通过socket头文件可以实现Socket套接字的创建、绑定、连接、发送和接收等操作。例如，下面的代码演示了创建一个Socket服务器的方法。


#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
 int server_fd, new_socket, valread;
 struct sockaddr_in address;
 int addrlen = sizeof(address);
 char buffer[1024] = {0};
 const char* message = "Hello from server!";
 
 if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0)
 
  std::cerr << "Failed to create socket!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 address.sin_family = AF_INET;
 address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 address.sin_port = htons( 8888 );
 
 if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0)
 
  std::cerr << "Failed to bind socket!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 if (listen(server_fd, 3) < 0)
 
  std::cerr << "Failed to listen on socket!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0)
 
  std::cerr << "Failed to accept client!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 std::cout << "Client connected!" << std::endl;
 
 valread = read(new_socket , buffer, 1024);
 std::cout << buffer << std::endl;
 send(new_socket , message , strlen(message) , 0 );
 std::cout << message << std::endl;
 
 return 0;
}

上述代码创建了一个名称为server_fd的Socket服务器，监听端口号为8888。服务器通过bind()方法绑定到该端口，并通过listen()方法等待客户端的连接。当有客户端连接时，服务器通过accept()方法接收客户端连接请求，并发送一条消息到客户端。客户端连接后可以接收到该消息并在控制台输出。

三、多线程Socket编程

结合多线程和Socket编程，可以实现高效的并发通信，为程序的性能和可靠性带来相当大的提升。例如，在一个Socket服务器中，当有多个客户端同时连接时，可以启动一个线程来处理每个客户端的请求。这样可以避免主线程的阻塞和资源的浪费。

下面的代码演示了如何在Socket服务器中启动线程，处理客户端的请求。


#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <thread>
void worker(int client_socket)
{
 char buffer[1024] = {0};
 const char* message = "Hello from server!";
 
 std::cout << "Client connected!" << std::endl;
 
 read(client_socket , buffer, 1024);
 std::cout << buffer << std::endl;
 send(client_socket , message , strlen(message) , 0 );
 std::cout << message << std::endl;
 
 close(client_socket);
}
int main()
{
 int server_fd, new_socket, valread;
 struct sockaddr_in address;
 int addrlen = sizeof(address);
 
 if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0)
 
  std::cerr << "Failed to create socket!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 address.sin_family = AF_INET;
 address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 address.sin_port = htons( 8888 );
 
 if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0)
 
  std::cerr << "Failed to bind socket!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 if (listen(server_fd, 3) < 0)
 
  std::cerr << "Failed to listen on socket!" << std::endl;
  return -1;
 
 
 while(true){
  if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0)
  
   std::cerr << "Failed to accept client!" << std::endl;
   return -1;
  
  
  std::thread t(worker, new_socket);
  t.detach();
 }
 
 return 0;
}

上述代码中，定义了一个名为worker()的线程函数，用于处理客户端的请求。当一个客户端连接时，会启动一个新的线程来执行worker()函数，并传递客户端的Socket套接字作为参数。在线程中，读取客户端的请求消息，并将一个消息发送回到客户端。在主函数中，通过一个无限循环等待客户端的连接请求，并启动一个新的线程来处理每个客户端的请求。

总结

本文介绍了C++多线程Socket编程的基本概念和实现方法。通过多线程技术，可以提高程序的并发处理能力和响应速度，同时充分利用CPU资源，避免资源的浪费和系统的阻塞。在Socket编程中，结合多线程技术，可以实现高效的网络通信，为各种应用场景提供支持。

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