2. 程式人生 > >併發伺服器三種實現方式之程序、執行緒和select

併發伺服器三種實現方式之程序、執行緒和select

阿新 • • 發佈：2018-12-10

　　前言：剛開始學網路程式設計，都會先寫一個客戶端和服務端，不知道你們有沒有試一下：再開啟一下客戶端，是連不上服務端的。還有一個問題不知道你們發現沒：有時啟伺服器，會提示“Address already in use”，過一會就好了，想過為啥麼？在這篇部落格會解釋這個問題。

　　但現實的伺服器都會連很多客戶端的，像阿里伺服器等，所以這篇主要介紹如何實現併發伺服器，主要通過三種方式：程序、執行緒和select函式來分別實現。

　　一、程序實現併發伺服器

　　先說下什麼是併發伺服器吧？不是指有多個伺服器同時執行，而是可以同時連線多個客戶端。

　　先簡單說下原理吧，先畫個圖，如下：　　PS：全部落格園最醜圖，不接受反駁！哈哈哈

　　

　　先要搞清楚通訊的流程，圖上引數說明：

　　lfd：socket函式的返回值，就是監聽描述符

　　cfd1/cfd2/cfd3:accept函式的返回值，用通訊的套接字

　　server：伺服器

　　client：客戶端

　　socket通訊過程中，總共有幾個套接字呢？答：三個，客戶端一個，伺服器兩個。

　　根據上圖來大致說明一下流程：

　　客戶端建立一個套接字描述符，用於通訊，伺服器先用socket函式建立套接字，用於監聽客戶端，然後呼叫accept函式，會返回一個套接字，用於通訊的。圖上就是，client1先通過cfd與server建立連線，然後與cfd1建立連線通訊，這時lfd就空閒了，再監聽客戶端，client2再與lfd連線，再跟cfd2通訊。client3也是如此。

　　現在問題就是。如何建立多個程序與客戶端通訊呢？通過迴圈建立子程序就可以實現這個問題，可以參考我的這篇部落格：https://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/9667686.html

　　服務端程式，如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
#include 
 
<unistd.h>

#include "wrap.h"

#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000

void do_sigchild(int num)
{
    while (waitpid(0, NULL, WNOHANG) > 0)
        ;
}

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;
    int listenfd, connfd;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    int i, n;
    pid_t pid;
    struct sigaction newact;

    newact.sa_handler = do_sigchild;
    sigemptyset(&newact.sa_mask);
    newact.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGCHLD, &newact, NULL);    //建立訊號，處理子程序退出

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // int opt = 1;
    //setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));    //埠複用

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    Listen(listenfd, 20);

    printf("Accepting connections ...\n");
    while (1) {
        cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
        connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
        pid = fork();
        if (pid == 0) {
            Close(listenfd);
            while (1) {
                n = Read(connfd, buf, MAXLINE);
                if (n == 0) {
                    printf("the other side has been closed.\n");
                    break;
                }
                printf("received from %s at PORT %d\n",
                        inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));
                for (i = 0; i < n; i++)
                    buf[i] = toupper(buf[i]);
                Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
                Write(connfd, buf, n);
            }
            Close(connfd);
            return 0;
        } else if (pid > 0) {
            Close(connfd);
        }  else
            perr_exit("fork");
    }
    return 0;
}
View Code

　　客戶端程式如下：

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#include "wrap.h"

#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, n;

    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
        Write(sockfd, buf, strlen(buf));
        n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
        if (n == 0) {
            printf("the other side has been closed.\n");
            break;
        }
        else
            Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }

    Close(sockfd);

    return 0;
}
View Code

　　演示效果，伺服器可以同時處理兩個客戶端，如下：

　　

　　但我想再測試一下程式，執行./server,發現有個bind error,如下：

　　

　　下面來解釋一下這個問題：

　　先來一張圖片（出自UNP），如下：

　　

　　這張圖將三次握手、四次揮手和TCP狀態轉換圖，這些在我的這篇部落格都由介紹，可以參考一下：https://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/9661583.html

注意最後有一個TIME_WAIT狀態，主動關閉一端會經歷2MSL時長等待（大約40秒），再變為最開始的狀態CLOSED。

　　復現上面的“bind error”，只需退出伺服器，在啟伺服器，就會報出此錯。因為主動關閉一端，會經歷2MSL時長，埠IP會被佔用，所以會報“bind error”。

但可能會問：為啥先退出客戶端沒有此問題？因為客戶端沒有呼叫bind函式地址結構，會“隱式”生成埠。

　　有沒有方法可以解決這個問題呢？當然有的，呼叫函式setsockopt即可，服務端程式如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>

#include "wrap.h"

#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000

void do_sigchild(int num)
{
    while (waitpid(0, NULL, WNOHANG) > 0)
        ;
}

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;
    int listenfd, connfd;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    int i, n;
    pid_t pid;
    struct sigaction newact;

    newact.sa_handler = do_sigchild;
    sigemptyset(&newact.sa_mask);
    newact.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGCHLD, &newact, NULL);    //建立訊號，處理子程序退出

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    int opt = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));    //埠複用

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    Listen(listenfd, 20);

    printf("Accepting connections ...\n");
    while (1) {
        cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
        connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
        pid = fork();
        if (pid == 0) {
            Close(listenfd);
            while (1) {
                n = Read(connfd, buf, MAXLINE);
                if (n == 0) {
                    printf("the other side has been closed.\n");
                    break;
                }
                printf("received from %s at PORT %d\n",
                        inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));
                for (i = 0; i < n; i++)
                    buf[i] = toupper(buf[i]);
                Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
                Write(connfd, buf, n);
            }
            Close(connfd);
            return 0;
        } else if (pid > 0) {
            Close(connfd);
        }  else
            perr_exit("fork");
    }
    return 0;
}
View Code

　　二、執行緒實現併發伺服器

　　理解了程序的方式，就是建立多個執行緒來實現，就不過多解釋了，程式需要對執行緒有一定了解，之後我還會寫篇部落格來介紹執行緒，敬請期待哦。

　　伺服器程式碼如下，有有詳細的解釋：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

#include "wrap.h"

#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000

struct s_info {                     //定義一個結構體, 將地址結構跟cfd捆綁
    struct sockaddr_in cliaddr;
    int connfd;
};

void *do_work(void *arg)
{
    int n,i;
    struct s_info *ts = (struct s_info*)arg;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];      //#define INET_ADDRSTRLEN 16  可用"[+d"檢視

    while (1) {
        n = Read(ts->connfd, buf, MAXLINE);                     //讀客戶端
        if (n == 0) {
            printf("the client %d closed...\n", ts->connfd);
            break;                                              //跳出迴圈,關閉cfd
        }
        printf("received from %s at PORT %d\n",
                inet_ntop(AF_INET, &(*ts).cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                ntohs((*ts).cliaddr.sin_port));                 //列印客戶端資訊(IP/PORT)

        for (i = 0; i < n; i++) 
            buf[i] = toupper(buf[i]);                           //小寫-->大寫

        Write(STDOUT_FILENO, buf, n);                           //寫出至螢幕
        Write(ts->connfd, buf, n);                              //回寫給客戶端
    }
    Close(ts->connfd);

    return (void *)0;
}

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;
    int listenfd, connfd;
    pthread_t tid;
    struct s_info ts[256];      //根據最大執行緒數建立結構體陣列.
    int i = 0;

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);                     //建立一個socket, 得到lfd

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));                             //地址結構清零
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);                   //指定本地任意IP
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);                           //指定埠號 8000

    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); //繫結

    Listen(listenfd, 128);      //設定同一時刻連結伺服器上限數

    printf("Accepting client connect ...\n");

    while (1) {
        cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
        connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);   //阻塞監聽客戶端連結請求
        ts[i].cliaddr = cliaddr;
        ts[i].connfd = connfd;

        /* 達到執行緒最大數時，pthread_create出錯處理, 增加伺服器穩定性 */
        pthread_create(&tid, NULL, do_work, (void*)&ts[i]);
        pthread_detach(tid);                                                    //子執行緒分離,防止僵執行緒產生.
        i++;
    }

    return 0;
}
View Code

　　客戶端程式碼如下：

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "wrap.h"

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, n;

    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr.s_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
        Write(sockfd, buf, strlen(buf));
        n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
        if (n == 0)
            printf("the other side has been closed.\n");
        else
            Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }

    Close(sockfd);

    return 0;
}
View Code

　　三、select實現併發伺服器

　　select和程序主要區別在於，程序是阻塞的，而select是交給核心自己來實現的，由於select比較複雜，參考我的另一篇部落格：https://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/9661583.html

　　總結：有不懂的，歡迎及時評論。

相關推薦

併發伺服器三種實現方式之程序、執行緒和select

　　前言：剛開始學網路程式設計，都會先寫一個客戶端和服務端，不知道你們有沒有試一下：再開啟一下客戶端，是連不上服務端的。還有一個問題不知道你們發現沒：有時啟伺服器，會提示“Address already in use”，過一會就好了，想過為啥麼？在這篇部落格會解釋這個問題。 　　但現實的伺服器都會連很多客戶

java多執行緒的6種實現方式詳解、執行緒池、定時器

多執行緒的形式上實現方式主要有兩種，一種是繼承Thread類，一種是實現Runnable介面。本質上實現方式都是來實現執行緒任務，然後啟動執行緒執行執行緒任務（這裡的執行緒任務實際上就是run方法）。這裡所說的6種，實際上都是在以上兩種的基礎上的一些變形。 繼承Thread

分散式鎖解決併發的三種實現方式

分散式鎖解決併發的三種實現方式 在很多場景中，我們為了保證資料的最終一致性，需要很多的技術方案來支援，比如分散式事務、分散式鎖等。有的時候，我們需要保證一個方法在同 一時間內只能被同一個執行緒執行。在單機環境中，Java中其實提供了很多併發處理相關的API，但是這些API在分散式場景中就無能

執行緒---三種建立方式例項；以及執行緒池的使用

1、繼承Thread類 繼承Thread類，重寫run方法（即要讓執行緒進行的操作）， 建立執行緒例項，呼叫start()方法啟動執行緒。 import java.util.Date; /** * @author: ycz * @date: 2018/11/25 0025

併發技術、程序、執行緒和鎖拾遺

併發技術、程序、執行緒和鎖拾遺 Part1. 多工 計算機發展起初，CPU 資源十分昂貴，如果讓 CPU 只能執行一個程式那麼當 CPU 空閒下來（例如等待 I/O 時），CPU 資源就會被浪費，為了使 CPU 資源得到更好的利用，先驅編寫了一個監控程式，如果發現某個程式暫時無需使用 CPU 時，監控程式

程序、執行緒和多執行緒基本概念

程序、執行緒和多執行緒基本概念 一、概念 1、程序（process） 狹義定義：程序就是一段程式的執行過程。 廣義定義：程序是一個具有一定獨立功能的程式關於某個資料集合的一次執行活動。它是作業系統動態執行的基本單元，在傳統的作業系統中，程序既是基本的分配單元，也是基本的執行單元。

程序、執行緒和協程

一、程序 1、多工原理 　　多工是指作業系統同時可以執行多個任務。 單核CPU實現多工原理：作業系統輪流讓各個任務交替執行； 多核CPU實現多工原理：真正的執行多工只能在多核CPU上實現，多出來的任務輪流排程到每個核心上執行。 併發：看上去一起執行，任務數多

淺談程序、執行緒和協程三者之間的區別和聯絡

一、程序、執行緒、協程 1，程序 經典定義：一個執行中程式的例項。系統中的每個程式都執行在某個程序的上下文中。（-摘自 CSAPP） 程序是系統資源分配的最小單位   2，執行緒（thread） 執行緒就是執行在程序上下文中的邏輯流。 執行緒是作業系統能夠進行運算排程的最小單位。 &

一個故事講完程序、執行緒和協程

很久以前，有兩個程式，暫且稱他們旺財和小強吧。旺財和小強這兩個程式都很長，每個都有十幾萬行。 他們兩個的人生價值就是到CPU上去執行，把執行結果告訴人類。CPU是稀缺資源，只有一個，他們倆必須排著隊，輪流使用。旺財從頭到尾執行完了，讓出CPU， 讓小強從頭兒去執行。人類把這種處理方式叫做批處理。程序長久以來，

將 Win32 C/C++ 應用程式遷移到 POWER 上的 Linux，第 1 部分: 程序、執行緒和共享記憶體服務 （轉載）

特別是程序、執行緒和共享記憶體服務）到 POWER 上 Linux 的對映。本文可以幫助您確定哪種對映服務最適合您的需要。作者向您詳細介紹了他在移植 Win32 C/C++ 應用程式時遇到的 API 對映。概述有很多方式可以將 Win32 C/C++ 應用程式移植和遷移到 p

關於程序、執行緒和協程 的基本概念

程序、執行緒和協程 GIL執行緒全域性鎖 執行緒全域性鎖(Global Interpreter Lock),即Python為了保證執行緒安全而採取的獨立執行緒執行的限制,說白了就是一個核只能在同一時間執行一個執行緒.對於io密集型任務，python的多執

實現高併發伺服器三種簡化模型 執行緒 程序 IO複用

知識點：UNIX網路程式設計第四章， 第五章，第六章 多程序模型： #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<arpa/inet.h>

mybatis之接口方法多參數的三種實現方式

自動 spa commit col pri true keys use 數據 關鍵代碼舉例： DaoMapper.xml 1 <!-- 傳入多個參數時，自動轉換為map形式 --> 2 <insert id="insertByCol

併發程式設計的三種實現方式

java天生就是多執行緒的程式語言，建立新的執行緒有三種實現方式，分別是： 繼承Thread，實現Runable，實現Callable<T> 程式碼如下： //Thread class ThreadTest extends Thread { @Override pu

Java基礎之反射的三種實現方式

1. 通過Object類的getClass方法來獲取java.lang.Object中定義有getClass方法：public final Class getClass() 所有Java物件都具備這個方法，該方法用於返回呼叫該方法的物件的所屬類關聯的Class物件，例如：

Web學習之文字框的三種實現方式

1、單行文字框： <input type="text" style="height:20px;width:100px;" /> 2、多行文字框（文字域）： <text

javaWeb基礎之Servlet的三種實現方式以及兩種配置方式

一、Servlet的三種實現方式 Servlet（Server Applet）是Java Servlet的簡稱，稱為小服務程式或服務聯結器，用Java編寫的伺服器端程式，主要功能在於互動式地瀏覽和修改資料，生成動態Web內容。 1、Servlet的第一種建立方式：繼承Ht

【朝花夕拾】Android自定義View篇之（四）自定義View的三種實現方式及自定義屬性詳解

前言        儘管Android系統提供了不少控制元件，但是有很多酷炫效果仍然是系統原生控制元件無法實現的。好在Android允許自定義控制元件，來彌補原生控制元件的不足。但是在很多初學者看來，自定義View似乎很難掌握。其中有很大一部分原因是我們平時看到的自定

Java 多線程 三種實現方式

() 例子 屬於 周期性 core www object 並且 check Java多線程實現方式主要有三種：繼承Thread類、實現Runnable接口、使用ExecutorService、Callable、Future實現有返回結果的多線程。其中前兩種方式線程執行完後都

mysql讀寫分離的三種實現方式

不能 span bsp 缺點 解決方案 使用 隨機 mas 均衡 　　1 程序修改mysql操作類可以參考PHP實現的Mysql讀寫分離，阿權開始的本項目，以php程序解決此需求。優點：直接和數據庫通信，簡單快捷的讀寫分離和隨機的方式實現的負載均衡，權限獨立分配缺點：自己維