深入探討 UDP 協議與多線程 HTTP 服務器
一、UDP 協議：高效但“不羈”的傳輸使者
UDP 協議以其獨特的特性在網絡傳輸中占據一席之地，適用于對實時性要求高、能容忍少量數據丟失的場景。
1. UDP 的特點解析
- 無連接：無需提前建立連接，如同“不打電話直接寄快遞”，減少了連接建立的時間開銷，想發就發。
- 不可靠：不保證數據一定到達、不檢測錯誤、不排序。但這也讓它省去了復雜的確認機制，適合視頻通話、在線游戲等場景，偶爾卡頓或丟包可接受。
- 數據報傳輸：以“塊”為單位傳輸（數據報），發送端發多少，接收端收多少，保持原始邊界。例如發送“abc”和“def”，接收端不會合并為“abcdef”。
- 速度快、開銷小：頭部僅 8 字節（TCP 為 20 字節），額外負擔少，傳輸效率高，適合直播、DNS 查詢等“搶時間”場景。
- 不適應網絡擁塞控制：無“減速”機制，網絡擁堵時可能丟包更多，但能保持快速發送，與 TCP 的自適應減速形成對比。
- 支持多種通信方式：可單播（一對一）、廣播/組播（一對多），如網課直播向多個設備同時發送數據。
一句話總結：UDP 如同“快遞急件”，速度快但不確保簽收，適合實時性要求高或簡單傳輸的場景。
2. UDP 網絡編程代碼解析
服務器端（ser.c）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h> int main() { // 創建 UDP 套接字，AF_INET 表示 IPv4，SOCK_DGRAM 表示 UDP 類型，0 表示默認協議 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if (sockfd == -1) { perror("socket err"); exit(1); } struct sockaddr_in saddr, caddr; memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); saddr.sin_family = AF_INET; saddr.sin_port = htons(6000); // 端口號轉網絡字節序 saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 綁定本地回環地址 // 綁定套接字到指定地址和端口 int res = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)); if (res == -1) { perror("bind err\n"); exit(1); } while (1) { char buff[128] = {0}; int len = sizeof(caddr); // 接收數據，recvfrom 用于 UDP，可獲取發送方地址 int n = recvfrom(sockfd, buff, 128, 0, (struct sockaddr*)&caddr, &len); printf("recvfrom(%s) buff:%s\n", inet_ntoa(caddr.sin_addr), buff); // 向發送方回復“ok” sendto(sockfd, "ok", 2, 0, (struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr)); } close(sockfd);
}
客戶端（cli.c）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h> int main() { int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if (sockfd == -1) { perror("socket err"); exit(1); } struct sockaddr_in saddr; saddr.sin_family = AF_INET; saddr.sin_port = htons(6000); saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); while (1) { printf("input:\n"); char buff[128] = {0}; fgets(buff, 128, stdin); if (strncmp(buff, "end", 3) == 0) { break; } // 向服務器發送數據 sendto(sockfd, buff, strlen(buff) - 1, 0, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)); memset(buff, 0, 128); int len = sizeof(saddr); // 接收服務器響應 recvfrom(sockfd, buff, 128, 0, (struct sockaddr*)&saddr, &len); printf("buff(%s):%s\n", inet_ntoa(saddr.sin_addr), buff); } close(sockfd);
}
- 服務器端：創建 UDP 套接字，綁定到
127.0.0.1:6000，循環接收客戶端數據，打印發送方 IP 和數據，回復“ok”。 - 客戶端：創建 UDP 套接字，循環讀取用戶輸入，發送給服務器，接收并打印服務器響應，輸入“end”時退出。
二、多線程 HTTP 服務器：構建 Web 通信樞紐
HTTP 協議（端口 80，HTTPS 為 443）是應用層的核心協議，基于 TCP 協議，具有無狀態、簡單靈活等特點，廣泛用于 Web 通信。多線程設計使其能并發處理多個客戶端請求，提升性能。
1. HTTP 協議深度解析
-
請求方法：常見的有
GET（獲取資源）、POST（提交數據）、PUT（更新資源）、DELETE（刪除資源）等。例如，瀏覽器訪問網頁使用GET請求獲取頁面內容。
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狀態碼：
2xx（如200 OK）：表示請求成功。4xx（如404 NOT FOUND）：客戶端錯誤，資源不存在。5xx（如500 Internal Server Error）：服務器內部錯誤。
-
長連接與短連接：
- 短連接：每次請求都新建 TCP 連接，完成后關閉。適用于請求不頻繁的場景，如普通網頁瀏覽。
- 長連接（Keep-Alive）：多個請求復用一個 TCP 連接，減少連接建立開銷，提升效率，適用于頻繁交互的場景，如單頁應用（SPA）。
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無狀態特性：HTTP 協議本身不記錄客戶端狀態，通過
Cookie、Session等機制實現會話跟蹤。例如，用戶登錄后，服務器通過Cookie識別用戶后續請求。 -
http請求報文如下圖 ：
-
http應答報文如下圖
2. 多線程 HTTP 服務器代碼詳解
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h> #define PATH "/home/stu/0101/http"
int socket_init();
char *strtok_fun(char buff[]) { char *saveptr; // 解析請求頭第一行，獲取請求的文件名。例如，對于“GET /index.html HTTP/1.1”，提取“/index.html” char *p = strtok_r(buff, " ", &saveptr); if (p != NULL) { p = strtok_r(NULL, " ", &saveptr); return p; } return NULL;
} void *thread_fun(void *arg) { int c = *((int *)arg); free(arg); while (1) { char buff[1024] = {0}; int n = recv(c, buff, 1024, 0); if (n == 0) { // 客戶端關閉連接，recv 返回 0 break; } if (n == -1) { perror("recv err"); break; } char *filename = strtok_fun(buff); if (filename == NULL) { break; } if (strcmp(filename, "/") == 0) { filename = "/index.html"; // 若請求根路徑，默認返回 index.html } char path[256]; strcpy(path, PATH); strcat(path, filename); printf("path:%s\n", path); int file_id = open(path, O_RDONLY); if (file_id == -1) { // 文件不存在，構造 404 響應頭 char head[256] = {"HTTP/1.1 404 NOT FOUND\r\n"}; strcat(head, "Server: myhttp\r\n"); sprintf(head + strlen(head), "Content-Length: 0\r\n"); strcat(head, "\r\n"); send(c, head, strlen(head), 0); break; } int filesize = lseek(file_id, 0, SEEK_END); lseek(file_id, 0, SEEK_SET); char head[256] = {"HTTP/1.1 200 OK\r\n"}; strcat(head, "Server: myhttp\r\n"); sprintf(head + strlen(head), "Content-Length: %d\r\n", filesize); strcat(head, "\r\n"); send(c, head, strlen(head), 0); // 發送 200 響應頭，包含服務器信息、內容長度等 char data[1024] = {0}; int num = 0; while ((num = read(file_id, data, 1024)) > 0) { send(c, data, num, 0); // 分塊讀取文件內容并發送給客戶端 } close(file_id); } printf("cli close"); close(c); pthread_exit(NULL);
} int main() { int sockfd = socket_init(); if (sockfd == -1) { exit(1); } while (1) { int c = accept(sockfd, NULL, NULL); if (c == -1) { perror("accept err"); continue; } pthread_t id; int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); *p = c; if (pthread_create(&id, NULL, thread_fun, (void *)p) != 0) { perror("pthread_create err"); free(p); close(c); } else { pthread_detach(id); // 分離線程，使其結束后自動釋放資源，避免內存泄漏 } }
} int socket_init() { int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創建 TCP 套接字，SOCK_STREAM 表示面向連接的 TCP if (sockfd == -1) { perror("socket err"); return -1; } struct sockaddr_in saddr; saddr.sin_family = AF_INET; saddr.sin_port = htons(80); // 綁定 80 端口，HTTP 協議默認端口 saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); int res = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)); if (res == -1) { perror("bind err"); return -1; } if (listen(sockfd, 5) == -1) { perror("listen err"); return -1; } return sockfd;
}
socket_init函數：初始化 TCP 套接字，綁定到127.0.0.1:80，通過listen開始監聽，使服務器處于等待客戶端連接狀態。main函數：循環調用accept接收客戶端連接。每收到一個連接，創建新線程處理（thread_fun），通過pthread_detach分離線程，確保線程結束后資源自動釋放，避免服務器資源泄漏。thread_fun函數：- 讀取客戶端請求數據，解析請求頭獲取文件名。
- 根據文件名構造文件路徑，嘗試打開文件。若文件不存在，發送
404響應頭；若存在，發送200響應頭（包含 HTTP 協議版本、狀態碼、服務器名稱、內容長度等），然后分塊讀取文件內容并發送給客戶端。 - 處理完一個客戶端請求后，關閉連接套接字，線程退出。
3. 多線程 HTTP 服務器的優勢
- 并發處理：每個客戶端連接獨立分配線程，多個客戶端請求可同時處理，提升服務器吞吐量，避免單個請求阻塞影響整體服務。
- 資源利用：充分利用多核 CPU 資源，線程間相互獨立，提高系統資源利用率。
- 響應速度：及時處理客戶端請求，減少等待時間，提升用戶體驗，尤其適合高并發場景，如電商網站、新聞門戶等。
UDP 協議以其高效簡潔適用于特定場景，而多線程 HTTP 服務器通過并發處理與 HTTP 協議特性結合，成為 Web 通信的重要支柱。深入理解這些技術，能更好地應對網絡編程挑戰，構建強大穩定的網絡應用。
