C 语言并发服务器

在现代网络编程中，服务器需要同时处理多个客户端的请求。为了实现这一点，我们可以使用并发服务器。并发服务器允许多个客户端同时连接到服务器，并且每个连接都可以独立处理。本文将介绍如何使用C语言编写一个简单的并发服务器，并逐步讲解其背后的核心概念。

什么是并发服务器？

并发服务器是一种能够同时处理多个客户端请求的服务器。与单线程服务器不同，并发服务器可以同时处理多个连接，而不会阻塞其他客户端的请求。常见的并发服务器实现方式包括多进程、多线程和I/O多路复用。

多进程并发服务器

多进程并发服务器通过创建多个子进程来处理每个客户端的连接。每个子进程独立运行，处理一个客户端的请求。这种方式简单易实现，但资源消耗较大。

代码示例

以下是一个简单的多进程并发服务器的C语言实现：

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

void handle_client(int client_socket) {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    int bytes_read;

    while ((bytes_read = read(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {
        write(client_socket, buffer, bytes_read);
    }

    close(client_socket);
}

int main() {
    int server_socket, client_socket;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);

    // 创建套接字
    server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定套接字
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_socket, 5) < 0) {
        perror("Listen failed");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d\n", PORT);

    while (1) {
        // 接受连接
        client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
        if (client_socket < 0) {
            perror("Accept failed");
            continue;
        }

        // 创建子进程处理客户端请求
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
            perror("Fork failed");
            close(client_socket);
        } else if (pid == 0) {
            // 子进程
            close(server_socket);
            handle_client(client_socket);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        } else {
            // 父进程
            close(client_socket);
        }
    }

    close(server_socket);
    return 0;
}

代码解释

创建套接字：使用 socket() 函数创建一个套接字。
绑定套接字：使用 bind() 函数将套接字绑定到指定的IP地址和端口。
监听连接：使用 listen() 函数开始监听连接请求。
接受连接：使用 accept() 函数接受客户端的连接请求。
创建子进程：使用 fork() 函数创建子进程来处理客户端的请求。
处理客户端请求：在子进程中调用 handle_client() 函数处理客户端的请求。

运行示例

假设服务器运行在本地，客户端可以使用 telnet 或 nc 工具连接到服务器：

bash
$ telnet 127.0.0.1 8080

客户端发送的消息将被服务器原样返回。

多线程并发服务器

多线程并发服务器通过创建多个线程来处理每个客户端的连接。每个线程独立运行，处理一个客户端的请求。这种方式比多进程更轻量，但需要注意线程安全问题。

代码示例

以下是一个简单的多线程并发服务器的C语言实现：

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

void *handle_client(void *arg) {
    int client_socket = *(int *)arg;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    int bytes_read;

    while ((bytes_read = read(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {
        write(client_socket, buffer, bytes_read);
    }

    close(client_socket);
    free(arg);
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    int server_socket, client_socket;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    pthread_t thread_id;

    // 创建套接字
    server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定套接字
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_socket, 5) < 0) {
        perror("Listen failed");
        close(server_socket);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d\n", PORT);

    while (1) {
        // 接受连接
        client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
        if (client_socket < 0) {
            perror("Accept failed");
            continue;
        }

        // 创建线程处理客户端请求
        int *new_socket = malloc(sizeof(int));
        *new_socket = client_socket;
        if (pthread_create(&thread_id, NULL, handle_client, new_socket) < 0) {
            perror("Thread creation failed");
            free(new_socket);
            close(client_socket);
        }
    }

    close(server_socket);
    return 0;
}

代码解释

创建套接字：使用 socket() 函数创建一个套接字。
绑定套接字：使用 bind() 函数将套接字绑定到指定的IP地址和端口。
监听连接：使用 listen() 函数开始监听连接请求。
接受连接：使用 accept() 函数接受客户端的连接请求。
创建线程：使用 pthread_create() 函数创建线程来处理客户端的请求。
处理客户端请求：在线程中调用 handle_client() 函数处理客户端的请求。

运行示例

与多进程服务器类似，客户端可以使用 telnet 或 nc 工具连接到服务器。

实际应用场景

并发服务器广泛应用于需要同时处理多个客户端请求的场景，例如：

Web服务器：处理多个用户的HTTP请求。
聊天服务器：处理多个用户的实时消息。
游戏服务器：处理多个玩家的游戏数据。

总结

本文介绍了如何使用C语言编写并发服务器，包括多进程和多线程的实现方式。通过并发服务器，我们可以同时处理多个客户端的请求，提高服务器的性能和响应速度。

提示

在实际开发中，选择多进程还是多线程取决于具体的应用场景和性能需求。多进程更稳定，但资源消耗较大；多线程更轻量，但需要注意线程安全问题。

附加资源

Beej's Guide to Network Programming：一本经典的网络编程指南，适合初学者。
POSIX Threads Programming：关于POSIX线程编程的详细教程。

练习

修改多进程服务器代码，使其在子进程退出时自动回收资源。
修改多线程服务器代码，使用线程池来管理线程，避免频繁创建和销毁线程。
尝试使用I/O多路复用（如 select() 或 epoll()）实现并发服务器，并比较其性能。

什么是并发服务器？​

多进程并发服务器​

代码示例​

代码解释​

运行示例​

多线程并发服务器​

代码示例​

代码解释​

运行示例​

实际应用场景​

总结​

附加资源​

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什么是并发服务器？

多进程并发服务器

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实际应用场景

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