套接字通信(C/C++ 多线程)----基于线程池的并发服务器

（一）大家可以看我写的这三篇，了解一下：

基于linux下的高并发服务器开发（第四章）- 多线程实现并发服务器_呵呵哒(￣▽￣)"的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_41987016/article/details/132026417?spm=1001.2014.3001.5501

手写线程池 - C语言版 - 笔记总结_呵呵哒(￣▽￣)"的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_41987016/article/details/131926834?spm=1001.2014.3001.5501

基于多线程实现服务器并发_呵呵哒(￣▽￣)"的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_41987016/article/details/132047357?spm=1001.2014.3001.5501

（二）在套接字服务器端使用线程池的思路：

两类任务需要处理：第一类任务就是和客户端建立连接，第二类任务就是和客户端建立连接之后进行数据通信，所以可以把与客户端建立连接抽象出一个函数，和客户端进行通信抽象一个函数。

那么在通信的过程中，线程有多少个是由谁来管理呢？其实是由管理者线程来维护的。综上所述，如果我们使用了线程池，不管是和客户端建立连接，还是和客户端进行通信，其实都是由工作的线程来完成的。除此之外，工作的线程和管理者线程其实他们都是子线程。如果他们都是子线程，那么程序中的这个主线程干什么事情呢？其实在程序里的主线程，它只需要把监听的套接字创建出来，然后进行绑定，设置监听，接着把这个线程池对象创建出来。然后把这个接受客户端连接的任务放到线程池里边，主线程的使命其实就算是完成了。这个时候我们就可以让主线程退出了。【pthread_exit(NULL);】如果单纯的让主线程退出，也不会影响子线程的执行。这个子线程就是线程池里边所有的线程，基于这些线程池里边运行的线程就可以和客户端建立连接，并且和客户端进行通信。

（三）使用多线程和使用线程池在逻辑上是有一些区别的：

如果直接编写多线程程序，需要在这个主线程里边去做一个accept操作，在这个子线程里边去做通信。但是如果使用了线程池里边的主线程，这个主线程主要负责把线程池创建出来，在线程池里边的n个子线程就负责和客户端建立连接，并且和建立连接成功的客户端进行通信。这些都是由线程池里边的这n个工作的子线程来完成的。线程池里边这个子线程的创建和销毁，都是由线程池里边的这个管理者线程来维护的。这一点是手写线程池和使用线程池思路上有一些区别的地方。

（1）主线程需要完成的任务：

1.创建监听的套接字 lfd

int lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(lfd == -1) {perror("socket");exit(-1);
}

2.绑定本地的IP port

// 2.绑定本地的IP port
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(9999);//主机字节序转换成网络字节序
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 0 = 0.0.0.0 对于0来说，大端和小端是没有区别的的，因此不需要转换int ret = bind(lfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);
}

3.设置监听

ret = listen(lfd,128);
if(ret == -1) {perror("listen");exit(-1);
}

4.创建线程池

// 创建线程池 
ThreadPool* pool =threadPoolCreate(3,8,100);
PoolInfo* info = (PoolInfo*)malloc(sizeof(PoolInfo));
info->pool = pool;
info->fd = lfd;

5.给线程池添加任务

threadPoolAdd(pool,acceptConn,info);

给线程池添加任务（让线程池里边的线程去检测有没有新的客户端连接）因此把这个任务需要的信息放到了一块堆内存里面 :PoolInfo* info = (PoolInfo*)malloc(sizeof(PoolInfo));这个堆内存什么时候被释放呢？当这个acceptConn函数执行完毕之后，它就会把info这块内存释放掉了。主线程完成添加任务操作之后，我们就让主线程退出了。

6.主线程退出

pthread_exit(NULL);

到此为止，主线程的使命已经结束，我们可以让主线程退出，剩下的所有任务都是由子线程来做的。（这个子线程就是线程池里边的线程）通过pthread_exit(NULL);调用，它只会让当前的线程退出，并不会影响其他线程的运行。也就是说主线程退出了，它并不会影响线程池里边所有的线程的运行。

咱们写的这个线程池里边并没有对线程进行销毁操作，因为我们线程池里边的这些任务函数他们执行的是一个死循环，也就意味着你不认为的去终止这些线程池里边的线程执行的任务，是不能执行完毕的，是停不了的。因此在这里就不做销毁了。在正常的项目里的任务肯定是由终止的时刻的，当任务终止了之后，就需要把相关的资源全部释放掉。那么这种关于子线程的任务函数也就执行完毕了。

（2）子线程需要完成的任务：

先准备相关结构体

// 信息结构体
typedef struct SockInfo {struct sockaddr_in addr;int fd;
}SockInfo;typedef struct PoolInfo{ThreadPool* pool;int fd;
}PoolInfo;

1.与客户端建立连接

void acceptConn(void* arg) {PoolInfo* poolInfo = (PoolInfo*)arg;// 4.阻塞并等待客户端的连接int addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);while (1){SockInfo* pinfo;pinfo = (SockInfo*)malloc(sizeof(SockInfo));pinfo->fd = accept(poolInfo->fd,(struct sockaddr*)&pinfo->addr,&addrlen);if(pinfo->fd == -1) {perror("accept");break;}// 添加通信的任务threadPoolAdd(poolInfo->pool,working,pinfo);}// 把用于监听的文件描述符给关掉close(poolInfo->fd);
}

2.和客户端进行通信

void working(void* arg) {struct SockInfo* pinfo = (struct SockInfo*)arg;// 连接建立成功，打印客户端的IP和端口信息char ip[32];printf("客户端的IP: %s,端口: %d\n",inet_ntop(AF_INET,&pinfo->addr.sin_addr.s_addr,ip,sizeof(ip)),ntohs(pinfo->addr.sin_port));// 5.通信while(1) {// 接收数据char buff[1024];int len = recv(pinfo->fd,buff,sizeof(buff),0);if(len > 0) {printf("client say: %s\n",buff);send(pinfo->fd,buff,len,0);}else if(len == 0) {printf("客户端已经断开了连接...\n");break;}else{perror("recv");break;}}// 关掉文件描述符close(pinfo->fd);// 当任务执行完成之后，会在线程池里边销毁pinfo指向的内存
}

完整代码：

server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include "threadpool.h"// 信息结构体
typedef struct SockInfo {struct sockaddr_in addr;int fd;
}SockInfo;typedef struct PoolInfo{ThreadPool* pool;int fd;
}PoolInfo;void working(void* arg);
void acceptConn(void* arg);int main() {// 1.创建监听的套接字 lfdint lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(lfd == -1) {perror("socket");exit(-1);}// 2.绑定本地的IP portstruct sockaddr_in saddr;saddr.sin_family = AF_INET;saddr.sin_port = htons(9999);//主机字节序转换成网络字节序saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 0 = 0.0.0.0 对于0来说，大端和小端是没有区别的的，因此不需要转换int ret = bind(lfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);}// 3.设置监听ret = listen(lfd,128);if(ret == -1) {perror("listen");exit(-1);}// 创建线程池 ThreadPool* pool =threadPoolCreate(3,8,100);PoolInfo* info = (PoolInfo*)malloc(sizeof(PoolInfo));info->pool = pool;info->fd = lfd;threadPoolAdd(pool,acceptConn,info);pthread_exit(NULL);return 0;
}void acceptConn(void* arg) {PoolInfo* poolInfo = (PoolInfo*)arg;// 4.阻塞并等待客户端的连接int addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);while (1){SockInfo* pinfo;pinfo = (SockInfo*)malloc(sizeof(SockInfo));pinfo->fd = accept(poolInfo->fd,(struct sockaddr*)&pinfo->addr,&addrlen);if(pinfo->fd == -1) {perror("accept");break;}// 添加通信的任务threadPoolAdd(poolInfo->pool,working,pinfo);}// 把用于监听的文件描述符给关掉close(poolInfo->fd);
}void working(void* arg) {struct SockInfo* pinfo = (struct SockInfo*)arg;// 连接建立成功，打印客户端的IP和端口信息char ip[32];printf("客户端的IP: %s,端口: %d\n",inet_ntop(AF_INET,&pinfo->addr.sin_addr.s_addr,ip,sizeof(ip)),ntohs(pinfo->addr.sin_port));// 5.通信while(1) {// 接收数据char buff[1024];int len = recv(pinfo->fd,buff,sizeof(buff),0);if(len > 0) {printf("client say: %s\n",buff);send(pinfo->fd,buff,len,0);}else if(len == 0) {printf("客户端已经断开了连接...\n");break;}else{perror("recv");break;}}// 关掉文件描述符close(pinfo->fd);// 当任务执行完成之后，会在线程池里边销毁pinfo指向的内存
}

client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建套接字int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(fd == -1) {perror("socket");return -1;}// 2.连接服务器IP portstruct sockaddr_in saddr;saddr.sin_family = AF_INET;saddr.sin_port = htons(9999);inet_pton(AF_INET,"192.168.88.129",&saddr.sin_addr.s_addr);int ret = connect(fd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));if(ret == -1) {perror("connect");return -1;}int number = 0;// 3.通信while(1) {// 发送数据char buff[1024];sprintf(buff,"你好，呵呵哒,%d...\n",number++);send(fd,buff,strlen(buff) + 1,0);//接收数据memset(buff,0,sizeof(buff));int len = recv(fd,buff,sizeof(buff),0);if(len > 0) {printf("server say: %s\n",buff);}else if(len == 0) {printf("服务器已经断开了连接...\n");break;}else{perror("recv");}sleep(1);}// 关闭文件描述符close(fd);return 0;
}

threadpool.h

#ifndef _THREADPOOL_H
#define _THREADPOOL_Htypedef struct ThreadPool ThreadPool;
// 创建线程池并初始化
ThreadPool *threadPoolCreate(int min, int max, int queueCapacity);// 销毁线程池
int threadPoolDestroy(ThreadPool* pool);// 给线程池添加任务
void threadPoolAdd(ThreadPool* pool, void(*func)(void*), void* arg);// 获取线程池中工作的线程的个数
int threadPoolBusyNum(ThreadPool* pool);// 获取线程池中活着的线程的个数
int threadPoolAliveNum(ThreadPool* pool);//
// 工作的线程(消费者线程)任务函数
void* worker(void* arg);
// 管理者线程任务函数
void* manager(void* arg);
// 单个线程退出
void threadExit(ThreadPool* pool);
#endif  // _THREADPOOL_H

threadpool.c

#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "threadpool.h"
const int NUMBER = 2;// 任务结构体
typedef struct Task
{void (*function)(void* arg);void* arg;
}Task;// 线程池结构体
struct ThreadPool
{// 任务队列Task* taskQ;int queueCapacity;  // 容量int queueSize;      // 当前任务个数int queueFront;     // 队头 -> 取数据int queueRear;      // 队尾 -> 放数据pthread_t managerID;    // 管理者线程IDpthread_t *threadIDs;   // 工作的线程IDint minNum;             // 最小线程数量int maxNum;             // 最大线程数量int busyNum;            // 忙的线程的个数int liveNum;            // 存活的线程的个数int exitNum;            // 要销毁的线程个数pthread_mutex_t mutexPool;  // 锁整个的线程池pthread_mutex_t mutexBusy;  // 锁busyNum变量pthread_cond_t notFull;     // 任务队列是不是满了pthread_cond_t notEmpty;    // 任务队列是不是空了int shutdown;           // 是不是要销毁线程池, 销毁为1, 不销毁为0
};// 创建线程池并初始化
ThreadPool* threadPoolCreate(int min, int max, int queueCapacity)
{ThreadPool* pool = (ThreadPool*)malloc(sizeof(ThreadPool));do {if (pool == NULL){printf("malloc threadpool fail...\n");break;}pool->threadIDs = (pthread_t*)malloc(sizeof(pthread_t) * max);if (pool->threadIDs == NULL){printf("malloc threadIDs fail...\n");break;}memset(pool->threadIDs, 0, sizeof(pthread_t) * max);pool->minNum = min;pool->maxNum = max;pool->busyNum = 0;pool->liveNum = min;    // 和最小个数相等pool->exitNum = 0;if (pthread_mutex_init(&pool->mutexPool, NULL) != 0 ||pthread_mutex_init(&pool->mutexBusy, NULL) != 0 ||pthread_cond_init(&pool->notEmpty, NULL) != 0 ||pthread_cond_init(&pool->notFull, NULL) != 0){printf("mutex or condition init fail...\n");break;}// 任务队列pool->taskQ = (Task*)malloc(sizeof(Task) * queueCapacity);pool->queueCapacity = queueCapacity;pool->queueSize = 0;pool->queueFront = 0;pool->queueRear = 0;pool->shutdown = 0;// 创建线程pthread_create(&pool->managerID, NULL, manager, pool);for (int i = 0; i < min; ++i){pthread_create(&pool->threadIDs[i], NULL, worker, pool);}return pool;} while (0);// 释放资源if (pool && pool->threadIDs) free(pool->threadIDs);if (pool && pool->taskQ) free(pool->taskQ);if (pool) free(pool);return NULL;
}// 销毁线程池
int threadPoolDestroy(ThreadPool* pool)
{if (pool == NULL){return -1;}// 关闭线程池pool->shutdown = 1;// 阻塞回收管理者线程pthread_join(pool->managerID, NULL);// 唤醒阻塞的消费者线程for (int i = 0; i < pool->liveNum; ++i){pthread_cond_signal(&pool->notEmpty);}// 释放堆内存if (pool->taskQ){free(pool->taskQ);}if (pool->threadIDs){free(pool->threadIDs);}pthread_mutex_destroy(&pool->mutexPool);pthread_mutex_destroy(&pool->mutexBusy);pthread_cond_destroy(&pool->notEmpty);pthread_cond_destroy(&pool->notFull);free(pool);pool = NULL;return 0;
}// 给线程池添加任务
void threadPoolAdd(ThreadPool* pool, void(*func)(void*), void* arg)
{pthread_mutex_lock(&pool->mutexPool);while (pool->queueSize == pool->queueCapacity && !pool->shutdown){// 阻塞生产者线程pthread_cond_wait(&pool->notFull, &pool->mutexPool);}if (pool->shutdown){pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);return;}// 添加任务pool->taskQ[pool->queueRear].function = func;pool->taskQ[pool->queueRear].arg = arg;pool->queueRear = (pool->queueRear + 1) % pool->queueCapacity;pool->queueSize++;pthread_cond_signal(&pool->notEmpty);pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);
}// 获取线程池中工作的线程的个数
int threadPoolBusyNum(ThreadPool* pool)
{pthread_mutex_lock(&pool->mutexBusy);int busyNum = pool->busyNum;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexBusy);return busyNum;
}// 获取线程池中活着的线程的个数
int threadPoolAliveNum(ThreadPool* pool)
{pthread_mutex_lock(&pool->mutexPool);int aliveNum = pool->liveNum;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);return aliveNum;
}// 工作的线程(消费者线程)任务函数
void* worker(void* arg)
{ThreadPool* pool = (ThreadPool*)arg;while (1){pthread_mutex_lock(&pool->mutexPool);// 当前任务队列是否为空while (pool->queueSize == 0 && !pool->shutdown){// 阻塞工作线程pthread_cond_wait(&pool->notEmpty, &pool->mutexPool);// 判断是不是要销毁线程if (pool->exitNum > 0){pool->exitNum--;if (pool->liveNum > pool->minNum){pool->liveNum--;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);threadExit(pool);}}}// 判断线程池是否被关闭了if (pool->shutdown){pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);threadExit(pool);}// 从任务队列中取出一个任务Task task;task.function = pool->taskQ[pool->queueFront].function;task.arg = pool->taskQ[pool->queueFront].arg;// 移动头结点pool->queueFront = (pool->queueFront + 1) % pool->queueCapacity;pool->queueSize--;// 解锁pthread_cond_signal(&pool->notFull);pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);printf("thread %ld start working...\n", pthread_self());pthread_mutex_lock(&pool->mutexBusy);pool->busyNum++;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexBusy);task.function(task.arg);free(task.arg);task.arg = NULL;printf("thread %ld end working...\n", pthread_self());pthread_mutex_lock(&pool->mutexBusy);pool->busyNum--;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexBusy);}return NULL;
}// 管理者线程任务函数
void* manager(void* arg)
{ThreadPool* pool = (ThreadPool*)arg;while (!pool->shutdown){// 每隔3s检测一次sleep(3);// 取出线程池中任务的数量和当前线程的数量pthread_mutex_lock(&pool->mutexPool);int queueSize = pool->queueSize;int liveNum = pool->liveNum;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);// 取出忙的线程的数量pthread_mutex_lock(&pool->mutexBusy);int busyNum = pool->busyNum;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexBusy);// 添加线程// 任务的个数>存活的线程个数-忙的线程 && 存活的线程数<最大线程数if (queueSize > liveNum-busyNum && liveNum < pool->maxNum){pthread_mutex_lock(&pool->mutexPool);int counter = 0;for (int i = 0; i < pool->maxNum && counter < NUMBER&& pool->liveNum < pool->maxNum; ++i){if (pool->threadIDs[i] == 0){pthread_create(&pool->threadIDs[i], NULL, worker, pool);counter++;pool->liveNum++;}}pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);}// 销毁线程// 忙的线程*2 < 存活的线程数 && 存活的线程>最小线程数if (busyNum * 2 < liveNum && liveNum > pool->minNum){pthread_mutex_lock(&pool->mutexPool);pool->exitNum = NUMBER;pthread_mutex_unlock(&pool->mutexPool);// 让工作的线程自杀for (int i = 0; i < NUMBER; ++i){pthread_cond_signal(&pool->notEmpty);}}}return NULL;
}// 单个线程退出
void threadExit(ThreadPool* pool)
{pthread_t tid = pthread_self();for (int i = 0; i < pool->maxNum; ++i){if (pool->threadIDs[i] == tid){pool->threadIDs[i] = 0;printf("threadExit() called, %ld exiting...\n", tid);break;}}pthread_exit(NULL);
}

运行效果：

gcc server.c threadpool.c -lpthread -o server./server

heheda@heheda:~/Linux/DB_teacher$ ./server
thread 140278235014912 start working...
thread 140278218229504 start working...
客户端的IP: 192.168.88.129,端口: 50356
client say: 你好，呵呵哒,0...client say: 你好，呵呵哒,1...client say: 你好，呵呵哒,2...thread 140278226622208 start working...
客户端的IP: 192.168.88.129,端口: 50362
client say: 你好，呵呵哒,0...client say: 你好，呵呵哒,3...client say: 你好，呵呵哒,1...client say: 你好，呵呵哒,4...client say: 你好，呵呵哒,2...client say: 你好，呵呵哒,5...client say: 你好，呵呵哒,3...thread 140278207641344 start working...
客户端的IP: 192.168.88.129,端口: 50378
client say: 你好，呵呵哒,0...client say: 你好，呵呵哒,6...client say: 你好，呵呵哒,4...client say: 你好，呵呵哒,1...client say: 你好，呵呵哒,7...client say: 你好，呵呵哒,5...client say: 你好，呵呵哒,2...client say: 你好，呵呵哒,8...thread 140278128178944 start working...
客户端的IP: 192.168.88.129,端口: 58904
client say: 你好，呵呵哒,0...client say: 你好，呵呵哒,6...client say: 你好，呵呵哒,3...client say: 你好，呵呵哒,9...client say: 你好，呵呵哒,1...client say: 你好，呵呵哒,7...client say: 你好，呵呵哒,4...client say: 你好，呵呵哒,10...client say: 你好，呵呵哒,2...client say: 你好，呵呵哒,8...client say: 你好，呵呵哒,5...client say: 你好，呵呵哒,11...client say: 你好，呵呵哒,3...client say: 你好，呵呵哒,9...client say: 你好，呵呵哒,6...client say: 你好，呵呵哒,12...client say: 你好，呵呵哒,4...client say: 你好，呵呵哒,10...client say: 你好，呵呵哒,7...client say: 你好，呵呵哒,13...client say: 你好，呵呵哒,5...client say: 你好，呵呵哒,11...client say: 你好，呵呵哒,8...client say: 你好，呵呵哒,14...client say: 你好，呵呵哒,6...client say: 你好，呵呵哒,12...client say: 你好，呵呵哒,9...client say: 你好，呵呵哒,15...client say: 你好，呵呵哒,7...client say: 你好，呵呵哒,13...client say: 你好，呵呵哒,10...client say: 你好，呵呵哒,16...client say: 你好，呵呵哒,8...client say: 你好，呵呵哒,14...client say: 你好，呵呵哒,11...client say: 你好，呵呵哒,17...client say: 你好，呵呵哒,9...client say: 你好，呵呵哒,15...client say: 你好，呵呵哒,12...client say: 你好，呵呵哒,18...client say: 你好，呵呵哒,10...client say: 你好，呵呵哒,16...client say: 你好，呵呵哒,13...client say: 你好，呵呵哒,19...client say: 你好，呵呵哒,11...client say: 你好，呵呵哒,17...client say: 你好，呵呵哒,14...client say: 你好，呵呵哒,20...client say: 你好，呵呵哒,12...client say: 你好，呵呵哒,18...client say: 你好，呵呵哒,15...客户端已经断开了连接...
thread 140278218229504 end working...
client say: 你好，呵呵哒,13...client say: 你好，呵呵哒,19...client say: 你好，呵呵哒,16...client say: 你好，呵呵哒,14...客户端已经断开了连接...
thread 140278226622208 end working...
client say: 你好，呵呵哒,17...client say: 你好，呵呵哒,15...client say: 你好，呵呵哒,18...客户端已经断开了连接...
thread 140278207641344 end working...
client say: 你好，呵呵哒,16...client say: 你好，呵呵哒,17...客户端已经断开了连接...
thread 140278128178944 end working...
threadExit() called, 140278218229504 exiting...
threadExit() called, 140278226622208 exiting...