Socket編程UDP

在了解了相關的網絡基礎知識后，我們不會像學系統知識一樣，先學原理，再講應用。
我們先先不選擇學習網絡原理。我們先來試著學習一下使用接口來完成一些簡單地實踐。

在這個部分中，我們不只使用網絡相關知識，而是結合前面系統部分學習時，完成的一些組件代碼來使用！這些我們后面會見到的！

UDP接口的使用鋪墊

先說一下，有了網絡基礎知識 + 系統部分的知識。其實我們只需要了解一下UDP相關接口的使用，其實就能較為熟練地學習如何使用。下面，我們將把網絡中將用的接口進行簡單講解。

socket

NAMEsocket - create an endpoint for communication //打開通信的一端SYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, int protocol);

這個文件，是用來創建套接字的！我們在網絡基礎部分講過，兩個進程的通信是基于套接字(端口號 + ip)的！具體的創建，就是用這個接口。

第一個參數domain是選擇使用什么域來進行通信：

這里我們記住是選擇AF_INET進行網絡通信即可！

第二個參數type是選擇使用什么方式傳輸，比如TCP/UDP：

字符流 -> SOCK_STREAM -> TCP
數據包 -> SOCK_DGRAM -> UDP

第三個參數protocol是要我們選擇協議，默認給0就是TCP/IP了，記住即可！

返回值：

成功，返回一個file descriptor，即文件描述符！即使我們不知道這個網絡通信的原理，但是我們至少可以直到，當前進程的文件描述符表定會有一個位置指向socket文件！

所以，我們就把它當成特殊的網絡文件來使用！這符合 Linux下一切皆文件！

recvform && sendto

我們先來看著兩個函數的相關信息，它們具有較強相似性：

recvform：

NAMErecv, recvfrom, recvmsg - receive a message from a socketSYNOPSIS#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);RETURN VALUEThese calls return the number of bytes received, or -1 if an error occurred.  In the event of an error, errno is set to indicate the error.

sendto：

NAMEsend, sendto, sendmsg - send a message on a socketSYNOPSIS#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);RETURN VALUEOn success, these calls return the number of bytes sent.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

見名思意：
recvform是從套接字文件中獲取內容；sendto是向套接字文件中發送內容。

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參數解釋：

1. int sockfd，就是對應的套接字文件！這個不需要解釋。

2. const void *buf，這個就是一個緩沖區，recvfrom把從套接字文件中讀到的內容讀取到該緩沖區。sendto將該緩沖區內的內容發送到套接字文件。

3. size_t len，即緩沖區長度。

4. int flags，這個是選擇是否阻塞讀取/發送的。默認給0就是阻塞。也就是說，recvfrom讀不到內容就會阻塞，sendto沒有內容發送也會阻塞。這個我們在系統那里也見過。

5. struct sockaddr，這個其實我們早在網絡基礎部分的時候，就已經講到過這個。我們說了，設計socket網絡通信的時候，為了能夠讓網絡通信和本地通信公用一套接口，所以設計了這么個c語言版的基類！

   所以，如果需要收發消息，其實對方進程的相關信息：ip、端口號、通信協議，都會在對應的結構體上體現出來。所以，未來在使用socket通信的時候，如何知道或者發送自己的相關信息，就是靠著這個結構體sockaddr_in或者sockaddr_un，強轉類型為sockaddr對應的地址變量后，然后進行相關操作！

6.socklen_t *addrlen和socklen_t addrlen：
6.1. 對于recvfrom收消息來說，參數是socklen_t *addrlen，這很明顯是一個指針地址變量！所以，是需要我們把sockaddr_in的地址傳進去給第五個參數，然后需要定義一個變量指明該結構體大小，傳入地址給第六個參數。
Tips：因為該變量是輸出型參數，實際上它會返回真正讀到的字節數(因為網絡傳輸可能丟包)

6.2. 對于sendto發消息來說，這個就沒什么好說的了，本身數據就在，直接傳對應的大小即可

bind

NAMEbind - bind a name to a socketSYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);RETURN VALUEOn success, zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

沒看錯，這里還有一個接口叫做bind，但是，這個不是c++11后提出的std::bind！

這個接口最重要的就是，將套接字文件和對應的進程的IP地址和端口號(在結構體sockaddr_in內存儲了)，綁定到對應的套接字文件中！

??bind的作用??：
顯式綁定：bind()將套接字固定到特定IP+端口，成為該地址的唯一接收者。
未綁定時：系統在首次發送數據時自動分配隨機端口（IP默認為所有本地接口）

這里理解一下就好，實在看不懂的話等后續講解的時候再說一遍如何使用。現在只需要學會使用即可，原理等后期再來講解！

字節序轉化使用(Tips)

這個在網絡基礎中也是提到了。這里再多提醒一下，因為后續的實踐中，必然是有從網絡序列轉主機序列的內容，也有主機序列轉網絡序列的！所以，這些是必須使用的！

實踐部分

version_1@echo_server

源碼：version_1@echo_server

第一個版本，我們希望實現一種功能：
即有一個服務器，然后其余所有的進程都可以給其發消息，然后服務器處理后再轉發給對應的進程，這樣子就起到了一個回顯服務器的效果！

所有的過程都已經在代碼的注釋中展現出來了。

version_2@dict_server

源碼：version_2@dict_server

第二個版本，其實就是進行一次解耦合！讓第一個版本中對于信息回顯的處理模塊，轉化為服務器調用詞典翻譯模塊！其實主要的邏輯和第一個版本差別不大。

只不過是引入多了一個模塊，讓詞典從對應的配置文件中讀取對應信息，然后服務器進行調用后再進行轉發結果給請求該服務的進程！

version_3@chat_server

源碼：version_3@chat_server

第三個版本我們來詳細說明一下：
第三個版本我們希望做到一個群聊轉發功能，即服務器在接收到某個客戶端發送來的消息后，要轉發給所有處于在線的用戶。

1.我們這里規定：
默認第一次發送消息的就是要加入群聊的。服務器接收到消息之后，要怎么樣才能轉發給所有的在線用戶呢？-> 添加一層路由層，用于管理在線用戶(組織描述)和消息轉發！

2.但是，我們覺得效率太低了，所以希望的是，服務器將收到的信息推給后端線程池，讓線程池自行調用路由轉發功能！所以引入了線程池。

3.此前版本1、2寫的客戶端使用代碼是有問題的！因為強行規定了先發消息才能收消息。所以，在實現群聊過程中，發現客戶端只有發了消息，才能接收到其他客戶端被轉發的消息。所以，為此我們進行了處理，就是讓客戶端多線程處理！即創建兩個線程，同時進行收發！

4.線程池訪問路由表的時候(就是底層的一個哈希)，也是會涉及到線程安全的。但是，因為今天的實現并沒有規定消息的協議(是否退出、私法、群發、還是請求服務器處理…)。我們僅僅只是把收到的內容當字符串處理！
但是不管怎么說，線程池內每個線程訪問的時候，是會出現數據不一致的問題的！因為STL不是線程安全的，所以我們這里就粗暴一點，直接加鎖！

5.實踐的時候，因為我沒有多臺Linux機器，所以，使用了Windows進行輔助測試，測試是否能夠跨網通信！代碼如下：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <thread>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <WinSock2.h>
#include <Windows.h>#pragma warning(disable : 4996)#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")std::string serverip = "";  // 填寫你的云服務器ip
uint16_t serverport = ; // 填寫你的云服務開放的端口號SOCKET sockfd; 
struct sockaddr_in server;void recv_msg() {while (1) {char buffer[1024];struct sockaddr_in temp;int len = sizeof(temp);int s = recvfrom(sockfd, buffer, 1023, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);if (s > 0){buffer[s] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}}
}void send_msg() {memset(&server, 0, sizeof(server)); server.sin_family = AF_INET; server.sin_port = htons(serverport); //? server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str()); while (1) {std::string message; std::getline(std::cin, message);if (message.empty()) continue; sendto(sockfd, message.c_str(), (int)message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));}
}int main() {WSADATA wsd; WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd); sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd == SOCKET_ERROR){std::cout << "socker error" << std::endl;return 1;}std::thread Recv(recv_msg);std::thread Send(send_msg);Recv.join();Send.join();closesocket(sockfd);WSACleanup();return 0;
}//int main()
//{
//    WSADATA wsd;
//    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd);
//
//
//    memset(&server, 0, sizeof(server));
//    server.sin_family = AF_INET;
//    server.sin_port = htons(serverport); //?
//    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());
//
//    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
//    if (sockfd == SOCKET_ERROR)
//    {
//        std::cout << "socker error" << std::endl;
//        return 1;
//    }
//
//
//
//    std::string message;
//    char buffer[1024];
//    while (true)
//    {
//        std::cout << "please input: ";
//        std::getline(std::cin, message);
//        if (message.empty()) continue;
//        sendto(sockfd, message.c_str(), (int)message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));
//        struct sockaddr_in temp;
//        int len = sizeof(temp);
//        int s = recvfrom(sockfd, buffer, 1023, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);
//        if (s > 0)
//        {
//            buffer[s] = 0;
//            std::cout << buffer << std::endl;
//        }
//    }
//
//    closesocket(sockfd);
//    WSACleanup();
//    return 0;
//}

前面一份是用于版本3的測試，后面是用于版本1、2的測試！這里可以搜一下相關大模型了解一下用法，其實用法和Linux下的基本一致。