C++ socket网络编程——即时通信系统 _小知识

一：项目内容
本项目使用C++实现一个具备服务器端和客户端即时通信且具有私聊功能的聊天室。
目的是学习C++网络开发的基本概念，同时也可以熟悉下linux下的C++程序编译和简单MakeFile编写
分享一个即时通讯的实战项目给大家：即时通讯实战项目
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二：需求分析
这个聊天室主要有两个程序：
1.服务端：能够接受新的客户连接，并将每个客户端发来的信息，广播给对应的目标客户端。
2.客户端：能够连接服务器，并向服务器发送消息，同时可以接收服务器发来的消息。
即最简单的C/S模型。
三：抽象与细化
服务端类需要支持：
1.支持多个客户端接入，实现聊天室基本功能。
2.启动服务，建立监听端口等待客户端连接。
3.使用epoll机制实现并发，增加效率。
4.客户端连接时，发送欢迎消息，并存储连接记录。
5.客户端发送消息时，根据消息类型，广播给所有用户(群聊)或者指定用户(私聊) 。
6.客户端请求退出时，对相应连接信息进行清理。
客户端类需要支持：
1.连接服务器。
2.支持用户输入消息，发送给服务端。
3.接受并显示服务端发来的消息。
4.退出连接。
涉及两个事情，一个写，一个读。所以客户端需要两个进程分别支持以下功能。
子进程：
1.等待用户输入信息。
2.将聊天信息写入管道(pipe),并发送给父进程。
父进程：
1.使用epoll机制接受服务端发来的消息，并显示给用户，使用户看到其他用户的信息。
2.将子进程发送的聊天信息从管道(pipe)中读取出来，并发送给客户端。
四：C/S模型

文章插图

TCP服务端通信常规步骤：
1.socket()创建TCP套接字
2.bind()将创建的套接字绑定到一个本地地址和端口上
3.listen()，将套接字设为监听模式，准备接受客户请求
4.accept()等用户请求到来时接受，返回一个对应此连接新套接字
5.用accept()返回的套接字和客户端进行通信，recv()/send() 接受/发送信息。
6.返回，等待另一个客户请求。
7.关闭套接字
TCP客户端通信常规步骤：
1.socket()创建TCP套接字。
2.connect()建立到达服务器的连接。
3.与客户端进行通信，recv()/send()接受/发送信息，write()/read() 子进程写入管道，父进程从管道中读取信息然后send给客户端
5. close() 关闭客户连接。
五：相关技术介绍
1.socket 阻塞与非阻塞。
阻塞与非阻塞关注的是程序在等待调用结果时(消息，返回值)的状态。
阻塞调用是指在调用结果返回前，当前线程会被挂起，调用线程只有在得到调用结果之后才会返回。
非阻塞调用是指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。
eg. 你打电话问书店老板有没有《网络编程》这本书，老板去书架上找，如果是阻塞式调用，你就会把自己一直挂起，守在电话边上，直到得到这本书有或者没有的答案。如果是非阻塞式调用，你可以干别的事情去，隔一段时间来看一下老板有没有告诉你结果。
同步异步是对书店老板而言(同步老板不会提醒你找到结果了，异步老板会打电话告诉你)，阻塞和非阻塞是对你而言。
socket()函数创建套接字时，默认的套接字都是阻塞的，非阻塞设置方式代码：

//将文件描述符设置为非阻塞方式（利用fcntl函数）
fcntl(sockfd, F_SETFL, fcntl(sockfd, F_GETFD, 0)| O_NONBLOCK);

2. epoll
当服务端的人数越来越多，会导致资源吃紧，I/O效率越来越低，这时就应该考虑epoll，epoll是Linux内核为处理大量句柄而改进的poll，是linux特有的I/O函数。其特点如下：
1）epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，其实现和使用方式与select/poll大有不同，epoll通过一组函数来完成有关任务，而不是一个函数。
2）epoll之所以高效，是因为epoll将用户关心的文件描述符放到内核里的一个事件列表中，而不是像select/poll每次调用都需要重复传入文件描述符集或事件集（大量拷贝开销），比如一个事件发生，epoll无需遍历整个被监听的描述符集，而只需要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入就绪队列的描述符集合即可。