【Linux】UDP 网络编程
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一. 认识相关网络接口
1. socket 套接字
2. sockaddr_in 网络地址结构体
3. bind绑定
4. recvfrom 接收网络数据
5. sendto 发送网络数据
6. ntohs / ntohl 网络字节序转换
7. htons / htonl 主机字节序端口号转换
8. inet_ntoa / inet_ntop 网络字节序IP地址转换
二. Echo Server 实现
1. 前备日志和封装锁
（1）Mutex.hpp
（2）Log.hpp
2. 服务端封装
3. 客户端/服务端运行
（1）服务端
（2）客户端
三. Dict Server 实现
1. 前备日志，封装锁，地址结构体封装
2. 字典封装
3. 服务端封装
4. 客户端/服务端运行
（1）客户端
（2）服务端
四. Chat Server 实现
1. 前备日志，封装锁，地址结构体封装，条件变量封装，线程封装，线程池封装
（1）条件变量封装
（2）线程封装
（3）线程池封装
2. 执行路径封装
3. 服务端封装
4. 服务端/客户端运行
（1）服务端运行
（2）客户端运行
UDP 的使用比较格式化，首先先绑定 socket 套接字，接着进行端口的绑定（一般客户端不需要绑定），然后进行发送或者接收数据，最后关闭 socket 套接字。
一. 认识相关网络接口
1. socket 套接字
socket：
socket 套接字是网络编程的基础，它就类似于网络通信的传递数据的管道，我们可以通过不同的参数来塑造这个管道。
#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> int socket(int domain,int type,int protocol);参数：
domain：指定套接字使用的地址族/协议族，套接字使用的类型决定了数据传输的网络协议层，常见的地址族/协议层
{
AF_INET：IPv4 地址族，使用32位IP地址
AF_INET6：IPv6 地址族，使用128位IP地址
AF_UNIX/AF_LOCAL：本地进程间通信，使用文件系统路径作为地址
}
type：指定套接字类型，决定传输层通信特性
{
SOCK_DGRAM：数据报套接字（基于UDP协议）
SOCK_STREAM：流式套接字（基于TCP协议）
}
protocol：指定具体传输层协议，我们通常使用默认，设置为0即可
返回值：
成功返回一个大于等于0的数，失败返回-1
2. sockaddr_in 网络地址结构体
sockaddr_in：
sockaddr_in 用于表示 IPv4 地址结构的核心结构体，主要用于存储和传递 IPv4 协议的地址信息。
#include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; // 地址族in_poet_t sin_port; // 16位端口struct in_addr sin_addr; // 32位 IPv4 地址unsigned char sin_zero[8]; // 填充字段，常为0 };struct in_addr {in_addr_t s_addr; // 专门存储 IPv4 地址 };参数：
sin_family：指定结构体存储的地址类型，AF_INET 固定为 IPv4 地址结构
sin_port：指定结构体存储的通信端口号
sin_addr：指定结构体存储的地址
s_addr：将地址转化为网络字节序大端进行存储
3. bind绑定
bind：
bind 的作用是将套接字与特定的 IP 和 port 进行绑定，我们已经将 IP 和端口号写入结构体 struct sockaddr_in 中，我们只需要传递结构体即可
#include <sys/socket.h> int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);参数：
sockfd：传递的套接字socket
addr：指向存储 IP 和 port 的结构体指针
addrlen：地址结构体的大小
返回值：
成功返回0，失败返回-1
4. recvfrom 接收网络数据
recvfrom：
主要用于UDP协议接收网络数据报内容，同时获取发送方的地址信息
#include <sys/socket.h> ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags,struct sockaddr *src_addr,socklen_t *addrlen);参数：
sockfd：套接字描述符
buf：接收数据的数组指针
len：数组的大小
flags：接收方式标志，通常为0,
src_addr：输出参数，指向地址结构体，用于储存发送方的IP和port
addrlen：结构体大小
返回值：
成功返回接收到的字节数，失败返回-1
5. sendto 发送网络数据
sendto：
主要用于UDP协议发送网络数据报内容，同时发送发送方的IP和port
#include <sys/socket.h> ssize_t sendto(int sockfd,const void *buf,size_t len,int flags,const struct sockaddr *dest_addr,socklen_t addrlen);参数：
sockfd：套接字描述符
buf：储存发送信息的数组指针
len：数组的大小
flags：发送方式标志，默认为0
dest_addr：指向结构体存储的接收方的IP和端口号
addrlen：结构体的大小
返回值：
成功返回实际字节数，失败返回-1
6. ntohs / ntohl 网络字节序转换
nthos / ntohl：
nthos 和 ntohl 都是将网络字节序转换为主机字节序，nthos 将 16 位网络字节序转换为 16 位的主机字节序（Network to Host Short），nthol 将 32 位网络字节序转换为 32 位的主机字节序（Network to Host Long）
#include <arpa/inet.h> uint16_t ntohs(uint16_t netshort); uint16_t ntohl(uint16_t netlong);参数：
netshort / netlong：需要转换的端口号
7. htons / htonl 主机字节序端口号转换
htons / htonl：
htons 和 htonl 都是将主机字节序转换为网络字节序，htons 将 16 位主机字节序转换为 16 位的网络字节序（Host to Network Short），htonl 将 32 位主机字节序转换为 32 位的网络字节序（Host to Network Long）
#include <arpa/inet.h> uint16_t htons(uint16_t hostshort); uint16_t htonl(uint16_t hostlong);参数：
hostshort / hostlong：需要转换的端口号
8. inet_ntoa / inet_ntop 网络字节序IP地址转换
inet_ntoa / inet_ntop：
将 32位网络字节序的 IPv4 地址转换为点分十进制字符串,inet_ntoa 仅支持 IPv4 在多线程中容易出问题，现代编程更加推荐 inet_ntop
#include <arpa/inet.h> char *inet_ntoa(struct in_addr in); const char *inet_ntop(int af,const void *src,char *dst,socklen_t size);参数：
af：地址族
src：指向 IP 地址的指针
dst：指向数组的指针用于储存转换后的字符串
size：数组大小
二. Echo Server 实现
主要实现简单的回显服务端和客户端发送的信息
1. 前备日志和封装锁
（1）Mutex.hpp
我们对锁接口进行封装
#pragma once
#include <iostream>
#include <pthread.h>namespace MutexModule
{class Mutex{public:Mutex(){pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);}void Lock(){int n = pthread_mutex_lock(&_mutex);(void)n;}void Unlock(){int n = pthread_mutex_unlock(&_mutex);(void)n;}~Mutex(){pthread_mutex_destroy(&_mutex);}pthread_mutex_t *Get(){return &_mutex;}private:pthread_mutex_t _mutex;};class LockGuard{public:LockGuard(Mutex &mutex):_mutex(mutex){_mutex.Lock();}~LockGuard(){_mutex.Unlock();}private:Mutex &_mutex;};
}（2）Log.hpp
制作简易的日志用于后续打印日志报告
#ifndef __LOG_HPP__
#define __LOG_HPP__#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <filesystem> //C++17
#include <sstream>
#include <fstream>
#include <memory>
#include <ctime>
#include <unistd.h>
#include "Mutex.hpp"namespace LogModule
{using namespace MutexModule;const std::string gsep = "\r\n";// 策略模式，C++多态特性// 2. 刷新策略 a: 显示器打印 b:向指定的文件写入// 刷新策略基类class LogStrategy{public:~LogStrategy() = default;virtual void SyncLog(const std::string &message) = 0;};// 显示器打印日志的策略 : 子类class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy{public:ConsoleLogStrategy(){}void SyncLog(const std::string &message) override{LockGuard lockguard(_mutex);std::cout << message << gsep;}~ConsoleLogStrategy(){}private:Mutex _mutex;};// 文件打印日志的策略 : 子类const std::string defaultpath = "./log";const std::string defaultfile = "my.log";class FileLogStrategy : public LogStrategy{public:FileLogStrategy(const std::string &path = defaultpath, const std::string &file = defaultfile): _path(path),_file(file){LockGuard lockguard(_mutex);if (std::filesystem::exists(_path)){return;}try{std::filesystem::create_directories(_path);}catch (const std::filesystem::filesystem_error &e){std::cerr << e.what() << '\n';}}void SyncLog(const std::string &message) override{LockGuard lockguard(_mutex);std::string filename = _path + (_path.back() == '/' ? "" : "/") + _file; // "./log/" + "my.log"std::ofstream out(filename, std::ios::app); // 追加写入的 方式打开if (!out.is_open()){return;}out << message << gsep;out.close();}~FileLogStrategy(){}private:std::string _path; // 日志文件所在路径std::string _file; // 日志文件本身Mutex _mutex;};// 形成一条完整的日志&&根据上面的策略，选择不同的刷新方式// 1. 形成日志等级enum class LogLevel{DEBUG,INFO,WARNING,ERROR,FATAL};std::string Level2Str(LogLevel level){switch (level){case LogLevel::DEBUG:return "DEBUG";case LogLevel::INFO:return "INFO";case LogLevel::WARNING:return "WARNING";case LogLevel::ERROR:return "ERROR";case LogLevel::FATAL:return "FATAL";default:return "UNKNOWN";}}std::string GetTimeStamp(){time_t curr = time(nullptr);struct tm curr_tm;localtime_r(&curr, &curr_tm);char timebuffer[128];snprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer),"%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",curr_tm.tm_year+1900,curr_tm.tm_mon+1,curr_tm.tm_mday,curr_tm.tm_hour,curr_tm.tm_min,curr_tm.tm_sec);return timebuffer;}// 1. 形成日志 && 2. 根据不同的策略，完成刷新class Logger{public:Logger(){EnableConsoleLogStrategy();}void EnableFileLogStrategy(){_fflush_strategy = std::make_unique<FileLogStrategy>();}void EnableConsoleLogStrategy(){_fflush_strategy = std::make_unique<ConsoleLogStrategy>();}// 表示的是未来的一条日志class LogMessage{public:LogMessage(LogLevel &level, std::string &src_name, int line_number, Logger &logger): _curr_time(GetTimeStamp()),_level(level),_pid(getpid()),_src_name(src_name),_line_number(line_number),_logger(logger){// 日志的左边部分，合并起来std::stringstream ss;ss << "[" << _curr_time << "] "<< "[" << Level2Str(_level) << "] "<< "[" << _pid << "] "<< "[" << _src_name << "] "<< "[" << _line_number << "] "<< "- ";_loginfo = ss.str();}// LogMessage() << "hell world" << "XXXX" << 3.14 << 1234template <typename T>LogMessage &operator<<(const T &info){// a = b = c =d;// 日志的右半部分,可变的std::stringstream ss;ss << info;_loginfo += ss.str();return *this;}~LogMessage(){if (_logger._fflush_strategy){_logger._fflush_strategy->SyncLog(_loginfo);}}private:std::string _curr_time;LogLevel _level;pid_t _pid;std::string _src_name;int _line_number;std::string _loginfo; // 合并之后，一条完整的信息Logger &_logger;};// 这里故意写成返回临时对象LogMessage operator()(LogLevel level, std::string name, int line){return LogMessage(level, name, line, *this);}~Logger(){}private:std::unique_ptr<LogStrategy> _fflush_strategy;};// 全局日志对象Logger logger;// 使用宏，简化用户操作，获取文件名和行号#define LOG(level) logger(level, __FILE__, __LINE__)#define Enable_Console_Log_Strategy() logger.EnableConsoleLogStrategy()#define Enable_File_Log_Strategy() logger.EnableFileLogStrategy()
}#endif2. 服务端封装
服务端封装划分为服务端初始化和服务端启动，初始化阶段需要进行套接字创建，地址结构体初始化，再将套接字与结构体进行绑定。启动阶段创建缓冲区，不断的接受客户端传递的数据，在服务端打印后，再将数据传回给客户端。
下面是服务端代码
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <functional>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "Log.hpp"
using namespace std;
using namespace LogModule;const int defaultnum = -1;
using func_t = function<string(const string &)>;class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, func_t func): _isrunning(false),_port(port),_func(func),_socket(defaultnum){}void Init(){_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // IPv4协议 UDP模式 默认值if (_socket < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "socket error";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO) << "socket success" << _socket; // 标识符为3 012被占用struct sockaddr_in local; // IPv4 网络地址结构体bzero(&local, sizeof(local)); // 清空结构体local.sin_family = AF_INET; // A=Address, F=Family, IN=Internet），表示使用 IPv4 协议；local.sin_port = htons(_port); // hton 大端序 shost = 主机，network = 网络，short=16 位整数local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 统定义的宏（值为 0x00000000，对应 IPv4 地址 0.0.0.0）// 这里为什么服务端要 bind ！！！！// 服务端需要稳定固定的地址，但客户端用临时地址即可int n = bind(_socket, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success,socket:" << socket;}void Start(){_isrunning = true;while (_isrunning){char buffer[1024]; // 接收客户端数据struct sockaddr_in peer; // IPv4 数据接收结构体socklen_t len = sizeof(peer);// 接收完客户端信息，在进行发送ssize_t s = recvfrom(_socket, &buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (sockaddr *)&peer, &len);//接收客户端信息，buffer数组最后一位要0if (s > 0){int peer_port = ntohs(peer.sin_port); // string peer_ip = inet_ntoa(peer.sin_addr); //将 IP转换为string类格式buffer[s] = 0;string result = _func(buffer); //将信息执行函数cout<<result<<endl;sendto(_socket,&buffer,result.size(),0,(sockaddr*)&peer,len); //发送回给客户端}}}~UdpServer(){}private:bool _isrunning;int _socket;uint16_t _port;func_t _func;
};3. 客户端/服务端运行
（1）服务端
进行基础信息的创建调用函数即可
#include <iostream>
#include <memory>
#include "UdpServer.hpp"string fun_c(const string&kk)
{string a = "hello,";a += kk;return a;
}// 输入 ./UdpServer port
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){cerr << "Usages:" << argv[0] << " port" << endl;return 1;}uint16_t _port = stoi(argv[1]);Enable_Console_Log_Strategy();unique_ptr<UdpServer> Udp = make_unique<UdpServer>(_port, fun_c);Udp->Init();Udp->Start();return 0;
}（2）客户端
客户端首先创建自己的地址结构体，进行地址 IP 和 port 初始化，接着创建字符串进行输入，发送给服务端，接着创建缓冲区接收服务端发送回来的信息。
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <functional>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
using namespace std;// 客户端
// 输入 ./UdpClient ip port
int main(int argc, char *argv[])
{// 先通过输入拿到 ip 和 portif (argc != 3){cerr << "Usage:" << argv[0] << " Client_ip Client_port" << endl;return 1;}uint16_t _port = stoi(argv[2]);string _ip = argv[1];// 选定网络协议int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){cerr << "socket error" << endl;return 2;}cout << "Client socket success" << endl;// 初始化发送信息的结构体信息struct sockaddr_in Client;bzero(&Client, sizeof(Client));Client.sin_family = AF_INET;Client.sin_port = htons(_port);Client.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());while (true){// 输入信息发送结构体string message;cout << "Please Enter:";getline(cin, message);sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (sockaddr *)&Client, sizeof(Client));// 接收返回信息char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len;int n = recvfrom(sockfd, &buffer, sizeof(buffer), 0, (sockaddr *)&peer, &len);if (n > 0){buffer[n] = 0;cout << "recvfrom success:" << buffer << endl;}}return 0;
}三. Dict Server 实现
1. 前备日志，封装锁，地址结构体封装
这里的日志和锁封装就不再添加，详细参考上面的代码。
我们这里来看看地址结构的封装
地址结构体封装接收 IP 和 port 并进行32位网络字节序转换以及端口号网络字节序转换为主机字节序
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
using namespace std;class InetAddr
{
public:InetAddr(struct sockaddr_in addr): _addr(addr){_port = ntohs(addr.sin_port);_ip = inet_ntoa(addr.sin_addr);}uint16_t Port() { return _port; }string Ip() { return _ip; }~InetAddr(){}private:uint16_t _port;string _ip;struct sockaddr_in _addr;
};2. 字典封装
字典主要实现两个功能，一个是“下载字典”，将字典的内容打印到屏幕上，第二个功能是进行翻译，输入中文返回英文。
首先我们要对字典文本进行解析，以：为分隔，对左右两边的字符串进行截取并放入到字典数据结构中。翻译功能找到对应的单词打印即可
#pragma once
#include <istream>
#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"using namespace std;
using namespace LogModule;const string defpath = "./dictionary.txt";
const string sep = ":";class Dict
{
public:Dict(const string &path = defpath): _dict_path(path){}bool LoadDict(){ifstream in(_dict_path);if (!in.is_open()){LOG(LogLevel::DEBUG) << "打开字典：" << _dict_path << " 失败";return false;}LOG(LogLevel::INFO) << "打开字典：" << _dict_path << " 成功";string line;while (getline(in, line)){auto pos = line.find(sep);if (pos == string::npos){LOG(LogLevel::WARNING) << "字典格式错误";continue;}auto english = line.substr(0, pos);auto chinese = line.substr(pos + sep.size());if (chinese.empty() || english.empty()){LOG(LogLevel::WARNING) << "字典识别错误:" << line;continue;}_dict.insert(make_pair(english, chinese));LOG(LogLevel::INFO) << "加载" << line;}in.close();return true;}string translate(const string &word, InetAddr &client){auto iter = _dict.find(word);if (iter == _dict.end()){LOG(LogLevel::DEBUG) << "进入翻译[" << client.Ip() << "," << client.Port() << "]#" << word << "->None";return "unknown";}LOG(LogLevel::INFO) << "进入翻译[" << client.Ip() << "," << client.Port() << "]#" << word << "->" << iter->second;return iter->first + "->" + iter->second;}~Dict(){}private:string _dict_path;unordered_map<string, string> _dict;
};3. 服务端封装
服务端执行逻辑和上面的服务端逻辑一致，只是将端口和IP封装成了一个类进行处理
#pragma once
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <functional>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"
using namespace std;
using namespace LogModule;using func_t = function<string(const string &, InetAddr &)>;const int defaultnum = -1;class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, func_t func): _port(port),_isrunning(false),_func(func),_sockfd(defaultnum){}void Init(){_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "fail to socket";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO) << "sucess to socket,socket: " << _sockfd;struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int m = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (m < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success, socket:" << _sockfd;}void Start(){_isrunning = true;while (_isrunning){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);ssize_t s = recvfrom(_sockfd, &buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (s > 0){InetAddr client(peer);buffer[s] = 0;string result = _func(buffer, client);sendto(_sockfd, result.c_str(), result.size(), 0, (struct sockaddr *)&peer, len);}}}~UdpServer(){}private:uint16_t _port;bool _isrunning;func_t _func;int _sockfd;
};4. 客户端/服务端运行
（1）客户端
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
using namespace std;// ./udpclient server_ip server_port
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " server_ip server_port" << std::endl;return 1;}std::string server_ip = argv[1];uint16_t server_port = std::stoi(argv[2]);// 1. 创建socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;return 2;}// 2. 本地的ip和端口是什么？要不要和上面的“文件”关联呢？// 问题：client要不要bind？需要bind.// client要不要显式的bind?不要！！首次发送消息，OS会自动给client进行bind，OS知道IP，端口号采用随机端口号的方式// 为什么？一个端口号，只能被一个进程bind，为了避免client端口冲突// client端的端口号是几，不重要，只要是唯一的就行！// 填写服务器信息struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());while(true){std::string input;std::cout << "Please Enter# ";std::getline(std::cin, input);int n = sendto(sockfd, input.c_str(), input.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));(void)n;char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int m = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);if(m > 0){buffer[m] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}}return 0;
}（2）服务端
服务端需要增加字典结构
#include <iostream>
#include <memory>
#include "Dict.hpp" // 翻译的功能
#include "UdpServer.hpp" // 网络通信的功能// ./UdpServer port
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){cerr << "Usage: " << argv[0] << " port" << endl;return 1;}uint16_t port = stoi(argv[1]);Enable_Console_Log_Strategy();Dict dict;dict.LoadDict();unique_ptr<UdpServer> udp = make_unique<UdpServer>(port, [&dict](const string &word, InetAddr addr){ return dict.translate(word, addr); });udp->Init();udp->Start();return 0;
}四. Chat Server 实现
1. 前备日志，封装锁，地址结构体封装，条件变量封装，线程封装，线程池封装
日志，锁，地址结构在上文已经完成，可对上文进行参考
（1）条件变量封装
#pragma once#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include "Mutex.hpp"using namespace MutexModule;namespace CondModule
{class Cond{public:Cond(){pthread_cond_init(&_cond, nullptr);}void Wait(Mutex &mutex){int n = pthread_cond_wait(&_cond, mutex.Get());(void)n;}void Signal(){// 唤醒在条件变量下等待的一个线程int n = pthread_cond_signal(&_cond);(void)n;}void Broadcast(){// 唤醒所有在条件变量下等待的线程int n = pthread_cond_broadcast(&_cond);(void)n;}~Cond(){pthread_cond_destroy(&_cond);}private:pthread_cond_t _cond;};
};（2）线程封装
#ifndef _THREAD_H_
#define _THREAD_H_#include <iostream>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <functional>namespace ThreadModlue
{static uint32_t number = 1; // bugclass Thread{using func_t = std::function<void()>; // 暂时这样写，完全够了private:void EnableDetach(){_isdetach = true;}void EnableRunning(){_isrunning = true;}static void *Routine(void *args) // 属于类内的成员函数，默认包含this指针！{Thread *self = static_cast<Thread *>(args);self->EnableRunning();if (self->_isdetach)self->Detach();pthread_setname_np(self->_tid, self->_name.c_str());self->_func(); // 回调处理return nullptr;}// bugpublic:Thread(func_t func): _tid(0),_isdetach(false),_isrunning(false),res(nullptr),_func(func){_name = "thread-" + std::to_string(number++);}void Detach(){if (_isdetach)return;if (_isrunning)pthread_detach(_tid);EnableDetach();}bool Start(){if (_isrunning)return false;int n = pthread_create(&_tid, nullptr, Routine, this);if (n != 0){return false;}else{return true;}}bool Stop(){if (_isrunning){int n = pthread_cancel(_tid);if (n != 0){return false;}else{_isrunning = false;return true;}}return false;}void Join(){if (_isdetach){return;}int n = pthread_join(_tid, &res);if (n != 0){}else{}}pthread_t Id(){return _tid;}~Thread(){}private:pthread_t _tid;std::string _name;bool _isdetach;bool _isrunning;void *res;func_t _func;};
}#endif（3）线程池封装
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <queue>
#include "Log.hpp"
#include "Thread.hpp"
#include "Cond.hpp"
#include "Mutex.hpp"// .hpp header onlynamespace ThreadPoolModule
{using namespace ThreadModlue;using namespace LogModule;using namespace CondModule;using namespace MutexModule;static const int gnum = 5;template <typename T>class ThreadPool{private:void WakeUpAllThread(){LockGuard lockguard(_mutex);if (_sleepernum)_cond.Broadcast();LOG(LogLevel::INFO) << "唤醒所有的休眠线程";}void WakeUpOne(){_cond.Signal();//LOG(LogLevel::INFO) << "唤醒一个休眠线程";}ThreadPool(int num = gnum) : _num(num), _isrunning(false), _sleepernum(0){for (int i = 0; i < num; i++){_threads.emplace_back([this](){HandlerTask();});}}void Start(){if (_isrunning)return;_isrunning = true;for (auto &thread : _threads){thread.Start();// LOG(LogLevel::INFO) << "start new thread success: " << thread.Name();}}ThreadPool(const ThreadPool<T> &) = delete;ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T> &) = delete;public:static ThreadPool<T> *GetInstance(){if (inc == nullptr){LockGuard lockguard(_lock);LOG(LogLevel::DEBUG) << "获取单例....";if (inc == nullptr){LOG(LogLevel::DEBUG) << "首次使用单例, 创建之....";inc = new ThreadPool<T>();inc->Start();}}return inc;}void Stop(){if (!_isrunning)return;_isrunning = false;// 唤醒所有的线层WakeUpAllThread();}void Join(){for (auto &thread : _threads){thread.Join();}}void HandlerTask(){char name[128];pthread_getname_np(pthread_self(), name, sizeof(name));while (true){T t;{LockGuard lockguard(_mutex);// 1. a.队列为空 b. 线程池没有退出while (_taskq.empty() && _isrunning){_sleepernum++;_cond.Wait(_mutex);_sleepernum--;}// 2. 内部的线程被唤醒if (!_isrunning && _taskq.empty()){LOG(LogLevel::INFO) << name << " 退出了, 线程池退出&&任务队列为空";break;}// 一定有任务t = _taskq.front(); // 从q中获取任务，任务已经是线程私有的了！！！_taskq.pop();}t(); // 处理任务，需/要在临界区内部处理吗？1 0}}bool Enqueue(const T &in){if (_isrunning){LockGuard lockguard(_mutex);_taskq.push(in);if (_threads.size() == _sleepernum)WakeUpOne();return true;}return false;}~ThreadPool(){}private:std::vector<Thread> _threads;int _num; // 线程池中，线程的个数std::queue<T> _taskq;Cond _cond;Mutex _mutex;bool _isrunning;int _sleepernum;// bug??static ThreadPool<T> *inc; // 单例指针static Mutex _lock;};template <typename T>ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::inc = nullptr;template <typename T>Mutex ThreadPool<T>::_lock;}
2. 执行路径封装
我们实现群聊的逻辑是服务端接收到客户端发来的信息，将信息添加上发送者的信息之后，再打包发送给每一个群聊用户，这样就实现了群聊。
原理类似，我们用 vector 容器存储地址结构体，从地址结构体当中提取出发送的信息，接着把信息发送给容器中每一个成员。同时为了解决线程并发冲突问题这里引入了锁
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"
#include "Mutex.hpp"using namespace std;
using namespace LogModule;
using namespace MutexModule;class Route
{
private:bool IsExit(InetAddr &peer){for (auto &e : _online_user){if (e == peer){return true;}}return false;}void User_Add(InetAddr &peer){LOG(LogLevel::INFO) << "添加一个聊天用户";_online_user.push_back(peer);}void User_Delete(InetAddr &peer){//LOG(LogLevel::DEBUG) << "删除一个用户";for (auto iter = _online_user.begin(); iter < _online_user.end(); iter++){if (*iter == peer){LOG(LogLevel::INFO) << "成功删除用户:" << peer.StringAddr();_online_user.erase(iter);break;}}}public:Route(){}void MessageRoute(int _sockfd, const string &messages, InetAddr &addr){LockGuard lockguard(_lock);if (!IsExit(addr)){User_Add(addr);}string result_messeage = "[" + addr.StringAddr() + "]" + messages;LOG(LogLevel::INFO)<<result_messeage;for (auto &e : _online_user){sendto(_sockfd, result_messeage.c_str(), result_messeage.size(), 0, (const struct sockaddr *)&e.Addr(), sizeof(e.Addr()));}if (messages == "QUIT"){LOG(LogLevel::INFO) << "删除一个用户" << addr.StringAddr();User_Delete(addr);}}~Route(){}private:vector<InetAddr> _online_user;Mutex _lock;
};3. 服务端封装
服务端处与原先逻辑类似
#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"using namespace LogModule;using func_t = std::function<void(int sockfd, const std::string&, InetAddr&)>;const int defaultfd = -1;// 你是为了进行网络通信的！
class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, func_t func): _sockfd(defaultfd),// _ip(ip),_port(port),_isrunning(false),_func(func){}void Init(){// 1. 创建套接字_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "socket error!";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO) << "socket success, sockfd : " << _sockfd;// 2. 绑定socket信息，ip和端口，ip(比较特殊，后续解释)// 2.1 填充sockaddr_in结构体struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;// 我会不会把我的IP地址和端口号发送给对方？// IP信息和端口信息，一定要发送到网络！// 本地格式->网络序列local.sin_port = htons(_port);// IP也是如此，1. IP转成4字节 2. 4字节转成网络序列 -> in_addr_t inet_addr(const char *cp);//local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // TODO local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// InetAddr addr("0", _port);// addr.NetAddr();// 那么为什么服务器端要显式的bind呢？IP和端口必须是众所周知且不能轻易改变的！int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success, sockfd : " << _sockfd;}void Start(){_isrunning = true;while (_isrunning){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);// 1. 收消息, client为什么要个服务器发送消息啊？不就是让服务端处理数据。ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (s > 0){InetAddr client(peer);buffer[s] = 0;// TODO_func(_sockfd, buffer, client);// LOG(LogLevel::DEBUG) << "[" << peer_ip << ":" << peer_port<< "]# " << buffer; // 1. 消息内容 2. 谁发的？？// 2. 发消息// std::string echo_string = "server echo@ ";// echo_string += buffer;// sendto(_sockfd, result.c_str(), result.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);}}}~UdpServer(){}private:int _sockfd;uint16_t _port;// std::string _ip; // 用的是字符串风格，点分十进制, "192.168.1.1"bool _isrunning;func_t _func; // 服务器的回调函数，用来进行对数据进行处理
};4. 服务端/客户端运行
（1）服务端运行
此处我们引入线程池，为的是解决信息的传递和接收无法并发的问题，我们将任务放到线程池当中，由线程池来分配线程来执行接收发送的工作。服务端的逻辑也很简单，就是将数据打包成任务，放到线程池中。
#include <iostream>
#include <memory>
#include "Route.hpp"
#include "ChatServer.hpp" // 网络通信的功能
#include "ThreadPool.hpp"using namespace ThreadPoolModule;
using task_t = function<void()>;// ./Chat_Server port
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " port" << std::endl;return 1;}// std::string ip = argv[1];uint16_t port = std::stoi(argv[1]);Enable_Console_Log_Strategy();Route r;auto tp = ThreadPool<task_t>::GetInstance();// bind 绑定函数，第一个参数为调用方法，第二个参数是实体，剩下的参数是传递到第一个参数的参数unique_ptr<UdpServer> udp = make_unique<UdpServer>(port,[&r,&tp](int sockfd, const std::string& messages, InetAddr& addr){task_t t = std::bind(&Route::MessageRoute,&r, sockfd, messages, addr);tp->Enqueue(t);});udp->Init();udp->Start();return 0;
}（2）客户端运行
客户端的操作无疑是接收信息和发送信息，我们将接受信息发送信息打包成两个线程进行管理
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include "Thread.hpp"int sockfd = 0;
std::string server_ip;
uint16_t server_port = 0;
pthread_t id;using namespace ThreadModlue;void Recv()
{while (true){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int m = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (m > 0){buffer[m] = 0;std::cerr << buffer << std::endl; // 2}}
}void Send()
{struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());const std::string online = "inline";sendto(sockfd, online.c_str(), online.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));while (true){std::string input;std::cout << "Please Enter# "; // 1std::getline(std::cin, input); // 0int n = sendto(sockfd, input.c_str(), input.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));(void)n;if (input == "QUIT"){pthread_cancel(id);break;}}
}// ./Chat_Client ip port
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " server_ip server_port" << std::endl;return 1;}server_ip = argv[1];server_port = std::stoi(argv[2]);// 1. 创建socketsockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;return 2;}Thread recv(Recv);Thread send(Send);recv.Start();send.Start();id = send.Id();recv.Join();send.Join();return 0;
}感谢各位观看，请大佬们多多支持！！！