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【Qt网络编程】Tcp多线程并发服务器和客户端通信

article 2024/9/20 6:58:13

目录

一、编写思路

1、服务器

（1）总体思路widget.c（主线程）

（2）详细流程widget.c（主线程）

（1）总体思路chat_thread.c（处理聊天逻辑线程）

（2）详细流程chat_thread.h（处理聊天逻辑线程）

2、客户端

（1）总体思路widget.c（主线程）

（2）详细思路widget.c（主线程）

（1）总体思路chat_thread.c(处理聊天逻辑线程)

（2）详细流程chat_thread.c(处理聊天逻辑线程)

二、实现效果

1、服务器

2、客户端

完整代码请到指定链接下载：Qt网络编程-Tcp多线程并发服务器和客户端通信: 【Qt网络编程】Tcp多线程并发服务器和客户端通信

一、编写思路

1、服务器

（1）总体思路widget.c（主线程）

  1. 初始化界面

    创建窗口、输入框、按钮等基本UI元素。

  2. 创建服务器对象

    实现 My_tcp_server 并监听客户端连接。

  3. 处理新客户端连接

    当有新客户端连接时，创建新的 Chat_thread 线程来处理通信。

  4. 绑定信号槽

    确保主线程与客户端处理线程间的信号槽连接，使用 Qt::QueuedConnection 处理跨线程通信。

  5. 处理消息传递

    接收和发送消息，并在界面上更新显示。

  6. 服务器启动与关闭

    通过按钮控制服务器的启动和关闭，管理所有客户端线程的安全退出。

（2）详细流程widget.c（主线程）

  1. 创建 Qt 界面及设置窗口属性： 首先通过 ui->setupUi(this); 来初始化用户界面，并设置窗口标题、大小等基本属性。这是 Qt 项目的常见步骤，通过 .ui 文件生成的类进行界面管理。

    Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)  // 初始化UI对象
{
    ui->setupUi(this);  // 设置UI界面
    this->setWindowTitle("--服务器--");  // 设置窗口标题
    this->resize(1024, 960);  // 设置窗口大小
​
    ui->le_ip->setText("127.0.0.1");
    ui->le_port->setText("9999");
}

  2. 初始化服务器对象 My_tcp_server 并处理客户端连接：

    • 创建 tcp_server 对象以处理客户端的连接。

    • 使用 connect 函数连接 tcp_server 的 new_descriptor 信号和匿名槽函数，确保一旦有新客户端连接，便创建一个 Chat_thread 来处理该客户端。

    this->tcp_server = new My_tcp_server(this);
​
connect(tcp_server, &My_tcp_server::new_descriptor, this, [=](qintptr socketDescriptor){
    QMessageBox::information(this, "提示", "新的客户端连接！", QMessageBox::Ok, QMessageBox::Information);
​
    ui->btn_send->setEnabled(true);  // 启用“发送消息”按钮
​
    // 创建新线程处理客户端
    Chat_thread *chat_thread = new Chat_thread(socketDescriptor);
    chat_thread->moveToThread(chat_thread);  // 将线程和对象绑定到同一线程，防止冲突
​
    thread_list.append(chat_thread);
    
    // 启动线程处理客户端通信
    chat_thread->start();
});

  3. 管理客户端线程 Chat_thread：

    • 每当有新客户端连接时，创建一个 Chat_thread 并启动它处理客户端通信。通过 moveToThread 将 Chat_thread 的执行线程与该对象保持一致，避免跨线程冲突。

    • 使用 connect 绑定线程中的信号（如连接断开、接收消息）和主界面槽函数，确保客户端状态能够正确显示。

    Chat_thread *chat_thread = new Chat_thread(socketDescriptor);
chat_thread->moveToThread(chat_thread);  // 将线程与对象绑定在同一线程
​
thread_list.append(chat_thread);
​
// 连接信号和槽
connect(chat_thread, &Chat_thread::break_connect, this, [=](){
    ui->te_receive->append(currentTime + "\n【状态】客户端断开连接...");
    ui->btn_send->setEnabled(false);  // 禁用“发送消息”按钮
});
​
connect(chat_thread, &Chat_thread::recv_info, this, [=](QString data){
    currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    ui->te_receive->append(currentTime + "form client\n    【数据】 " + data);  // 在文本框中显示消息
});
​
chat_thread->start();  // 启动线程

  4. 处理启动和关闭服务器的按钮事件：

    • on_btn_connect_clicked() 处理连接按钮点击事件，启动或关闭服务器。

    • 启动时，检查 IP 地址和端口的有效性，成功后开始监听客户端连接。

    • 关闭服务器时，停止监听，并确保所有已连接客户端线程安全退出。

    void Widget::on_btn_connect_clicked()
{
    if (!is_server_running)
    {
        // 启动服务器
        QString ip_address = ui->le_ip->text().trimmed();
        QString port_text = ui->le_port->text().trimmed();
        
        if (!tcp_server->listen(QHostAddress(ip_address), port_text.toUInt()))
        {
            QMessageBox::warning(this, "warning", "服务器监听失败");
            return;
        }
        
        is_server_running = true;
        ui->btn_connect->setText("关闭服务器");
        ui->te_receive->append(currentTime + "\n【状态】服务器开始监听...");
    }
    else
    {
        // 停止服务器并关闭所有客户端线程
        tcp_server->close();
        for (Chat_thread *thread : qAsConst(thread_list))
        {
            thread->exit();
            thread->wait();
            thread->deleteLater();
        }
        thread_list.clear();
        is_server_running = false;
        ui->btn_connect->setText("创建服务器");
                   ui->te_receive->append(currentTime + "\n【状态】服务器已停止监听...");
       }
   }

  1. 处理发送消息按钮的点击事件：

    • 当点击“发送消息”按钮时，触发 send_request 信号，利用信号槽机制将输入的消息发送给客户端。需要确保主线程和子线程的信号槽通信是异步进行的（通过 Qt::QueuedConnection）。

    void Widget::on_btn_send_clicked()
{
    QString data = ui->te_send->toPlainText().toUtf8();
    emit send_request(data);  // 发出 send_request 信号
}

  2. 服务器监听客户端的状态和信息传递：

    • 服务器通过 recv_info 和 send_info 信号接收客户端消息并在界面上显示。

    • 在客户端连接成功或断开时，更新界面显示状态。

    connect(chat_thread, &Chat_thread::recv_info, this, [=](QString data){
    currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    ui->te_receive->append(currentTime + "form client\n    【数据】 " + data);  // 显示接收的客户端数据
});
​
connect(chat_thread, &Chat_thread::send_info, this, [=](QString data){
    currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    ui->te_receive->append(currentTime + "to client\n    【数据】 " + data);  // 显示发送给客户端的数据
});

（1）总体思路chat_thread.c（处理聊天逻辑线程）

  1. 构造函数

    初始化 socketDescriptor 以供后续线程使用。

  2. 线程启动与套接字初始化

    在 run() 函数中创建 QTcpSocket，并关联 socketDescriptor。

  3. 获取客户端信息

    通过 peerAddress() 和 peerPort() 获取客户端 IP 地址和端口号，并进行错误处理。

  4. 信号槽机制连接

    将套接字状态、接收数据、错误处理等信号连接到相应的槽函数。

  5. 处理连接状态变化

    通过 handler_client_changed() 处理客户端的连接或断开，并发出相应的信号。

  6. 处理接收消息

    在 receive_message() 函数中处理客户端发送的消息，并发出信号 recv_info。

  7. 发送消息

    在 send_message() 函数中，检查连接状态并发送消息，发出 send_info 信号。

  8. 错误处理

    处理客户端连接中的错误，删除资源并退出线程。

（2）详细流程chat_thread.h（处理聊天逻辑线程）

  1. 构造函数初始化：

    • Chat_thread 构造函数接受一个 socketDescriptor 参数，并将其存储为类的成员变量，以供 run() 函数中使用。注意，QTcpSocket 对象将在 run() 函数中创建，以确保在新线程中创建并使用。

    Chat_thread::Chat_thread(qintptr socketDescriptor, QObject *parent)
    : QThread{parent}
    , socketDescriptor(socketDescriptor)
{
    // socketDescriptor 存储为成员变量
}

  2. 线程启动和套接字初始化：

    • 在 run() 函数中创建 QTcpSocket 对象，并通过 setSocketDescriptor() 将套接字描述符与 QTcpSocket 关联。这允许线程使用此套接字与客户端通信。

    • 如果套接字初始化失败，进行错误处理并返回。

    void Chat_thread::run()
{
    // 创建 QTcpSocket 对象，用于处理与客户端的通信
    this->socket = new QTcpSocket();
​
    // 将套接字描述符与 QTcpSocket 关联
    if (!socket->setSocketDescriptor(socketDescriptor))
    {
        qDebug() << "Error: Failed to get new socketDescriptor.";
        return;
    }
​
    // 错误处理：检查是否成功获取客户端连接
    if (socket == nullptr)
    {
        qDebug() << "Error: Failed to get new client connection.";
        return;  // 如果获取失败，直接返回
    }
}

  3. 获取客户端信息：

    • 在成功创建套接字后，获取客户端的 IP 地址和端口号。

    • 如果获取失败，进行错误处理并断开连接。

    // 获取客户端的IP地址和端口号
QString ip_addr = socket->peerAddress().toString();
quint16 port = socket->peerPort();
​
// 错误处理：检查是否成功获取IP地址和端口号
if (ip_addr.isEmpty() || port == 0)
{
    qDebug() << "Error: Failed to get client's IP address or port.";
    socket->disconnectFromHost();  // 断开连接
    socket->deleteLater();  // 删除客户端套接字对象
    return;  // 如果获取失败，直接返回
}

  4. 信号槽机制的连接：

    • 连接套接字的状态改变信号 stateChanged 到槽函数 handler_client_changed，以便监控客户端连接状态的变化。

    • 连接 QTcpSocket 的 readyRead 信号到 receive_message 槽函数，用于处理接收数据。

    • 处理套接字错误时，连接 errorOccurred 信号到 handle_socket_error 槽函数。

    // 处理连接状态变化的槽函数
connect(socket, &QTcpSocket::stateChanged, this, &Chat_thread::handler_client_changed);
​
// 错误处理：处理客户端的异常断开情况
connect(socket, &QTcpSocket::errorOccurred, this, &Chat_thread::handle_socket_error);
​
// 处理接收数据的槽函数
connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &Chat_thread::receive_message);

  5. 处理客户端连接状态变化：

    • 在 handler_client_changed() 槽函数中，根据客户端的连接状态（如断开、已连接）做相应处理并发出信号，通知其他部分更新状态。

    void Chat_thread::handler_client_changed(QAbstractSocket::SocketState socket_state)
{
    socket = (QTcpSocket*)sender();  // 获取发信的客户端套接字
    if(!socket) return;
​
    switch (socket_state)
    {
    case QAbstractSocket::UnconnectedState:  // 客户端断开连接
        emit break_connect();
        break;
​
    case QAbstractSocket::ConnectedState:  // 客户端已连接
        emit complete_connect();
        break;
​
    default:
        break;
    }
}

  6. 接收消息的处理：

    • 在 receive_message() 槽函数中，通过 socket->readAll() 读取客户端发送的所有数据，并发出信号 recv_info 通知上层处理。

    void Chat_thread::receive_message()
{
    if (socket)
    {
        QString data = socket->readAll();  // 读取客户端发送的所有数据
        emit recv_info(data);  // 发出信号，通知收到消息
    }
}

  7. 发送消息：

    • 在 send_message() 函数中，检查客户端是否处于连接状态，如果是则发送消息，否则输出警告信息。

    • 发送完成后，发出 send_info 信号。

    void Chat_thread::send_message(QString data)
{
    if (socket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState)
    {
        socket->write(data.toUtf8());  // 发送数据
    }
    else
    {
        qDebug() << "warning:   客户端未连接，无法发送消息";  // 输出警告
    }
​
    emit send_info(data);  // 发出信号，通知发送消息
}

  8. 错误处理：

    • 在 handle_socket_error() 函数中处理 QTcpSocket 的错误。如果出现错误，打印错误信息，并退出线程。

    • 删除套接字对象并退出线程事件循环。

    void Chat_thread::handle_socket_error(QAbstractSocket::SocketError socketError)
{
    qDebug() << "Client connection error, error code: " << socketError;
​
    this->exit();  // 退出线程
    this->wait();  // 等待线程完全退出
    socket->deleteLater();  // 删除客户端套接字对象
​
    // 停止线程事件循环
    quit();
}

2、客户端

（1）总体思路widget.c（主线程）

  1. 初始化界面

    设置窗口属性并初始化用户输入的默认值。

  2. 创建线程和通信任务对象

    实现异步通信，使用 QThread 和自定义 Chat_thread 处理服务器交互。

  3. 信号槽机制的建立

    连接 UI 和工作线程之间的信号槽，确保各操作异步处理。

  4. 线程管理

    在析构函数中确保线程安全退出，释放资源。

  5. 处理连接与断开

    通过按钮触发连接和断开操作，并更新 UI 显示。

  6. 消息传递与显示

    处理消息的发送与接收，并在 UI 界面上更新显示结果。

（2）详细思路widget.c（主线程）

  1. 初始化界面：

    • 使用 ui->setupUi(this) 初始化用户界面，并设置窗口标题和窗口大小。

    • 初始化 IP 地址和端口号的默认值。

    Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
    , is_connected(false)  // 初始化连接状态为未连接
{
    ui->setupUi(this);  // 设置UI界面
    this->setWindowTitle("-客户端-");  // 设置窗口标题
    this->resize(1024, 960);  // 设置窗口大小
​
    ui->le_ip->setText("127.0.0.1");  // 设置默认IP地址
    ui->le_port->setText("8888");  // 设置默认端口号
}

  2. 创建线程和通信任务对象：

    • 创建 QThread 对象以进行异步通信任务。

    • 创建 Chat_thread 对象负责与服务器进行通信操作。

    • 使用 moveToThread 将通信任务对象移到新的线程中执行，并启动该线程。

    // 创建线程对象
thread = new QThread;
​
// 创建任务对象，负责与服务器的通信
Chat_thread *worker = new Chat_thread;
​
worker->moveToThread(thread);  // 将任务对象移至线程
thread->start();  // 启动工作线程

  3. 信号槽机制的建立：

    • 使用信号槽连接 UI 和工作线程之间的交互。例如，连接服务器、发送消息、断开连接等操作通过信号槽机制进行。

    • 信号从 UI 线程发出，工作线程的槽函数接收信号并执行相关操作。

    // 信号槽连接：从UI线程发出连接信号，worker线程接收并执行连接操作
connect(this, &Widget::connect_server, worker, &Chat_thread::start_connected);
connect(this, &Widget::send_info, worker, &Chat_thread::start_send);
connect(this, &Widget::quit_connect, worker, &Chat_thread::break_connected);
​
// 连接断开信号槽，worker线程通知UI线程更新UI
connect(worker, &Chat_thread::connect_cancel, this, &Widget::submit_connect_cancel);
connect(worker, &Chat_thread::connected, this, &Widget::submit_connect_info);
connect(worker, &Chat_thread::transfer_recv_info, this, &Widget::submit_recv_info);

  4. 管理线程的生命周期：

    • 在析构函数中，确保工作线程在窗口关闭时被正确停止，并释放相关资源。

    • 如果线程正在运行，需要先请求线程退出，然后等待其完全退出后再删除。

    Widget::~Widget()
{
    if (thread->isRunning())
    {
        thread->quit();  // 请求线程退出
        thread->wait();  // 等待线程结束
    }
    delete worker;  // 删除任务对象
    delete thread;  // 删除线程对象
    delete ui;  // 删除UI对象
}

  5. 处理连接成功或断开连接的槽函数：

    • 当客户端成功连接到服务器时，工作线程发出 connected 信号，UI 界面通过槽函数 submit_connect_info() 来更新显示状态，并启用“发送消息”按钮。

    • 断开连接时，UI 界面通过槽函数 submit_connect_cancel() 来禁用“发送消息”按钮，并更新状态显示。

    // 连接成功时的槽函数，更新UI显示信息
void Widget::submit_connect_info()
{
    currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    ui->te_receive->append(currentTime + "\n【状态】已成功连接到服务器");
    ui->btn_connect->setText("断开服务器");
    ui->btn_send->setEnabled(true);   // 启用发送按钮
    is_connected = true;
}
​
// 断开连接时的槽函数，更新UI显示信息
void Widget::submit_connect_cancel()
{
    is_connected = false;
}

  6. 处理消息的发送与接收：

    • 当用户点击“发送消息”按钮时，获取文本框中的消息，发出 send_info 信号，将消息发送到服务器。

    • 当从服务器接收到消息时，工作线程发出 transfer_recv_info 信号，UI 界面更新显示接收到的消息。

    // 当用户点击发送按钮时，读取输入框中的内容并发送给服务器
void Widget::on_btn_send_clicked()
{
    currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    QString message = ui->te_send->toPlainText().toUtf8();  // 获取用户输入的消息
    ui->te_receive->append(currentTime + " to server\n    【数据】" + message + "\n");
    emit send_info(message);  // 发出信号，通知工作线程发送消息
}
​
// 当接收到服务器发送的消息时，更新UI显示接收到的消息
void Widget::submit_recv_info(QString message)
{
    currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    ui->te_receive->append(currentTime + " form server\n    【数据】" + message + "\n");  // 显示服务器的消息
}

  7. 处理连接与断开的按钮事件：

    • 当点击“连接”按钮时，获取 IP 地址和端口号，检查输入的有效性后发出 connect_server 信号，通知工作线程与服务器建立连接。

    • 当点击“断开服务器”按钮时，发出 quit_connect 信号，通知工作线程断开连接。

    // 当用户点击"连接"按钮时触发该槽函数
void Widget::on_btn_connect_clicked()
{
    if (!is_connected)
    {
        QString ip_address = ui->le_ip->text().trimmed();
        QString port_text = ui->le_port->text().trimmed();
​
        QHostAddress address;
        if (!address.setAddress(ip_address))  // 检查IP地址的有效性
        {
            QMessageBox::warning(this, "warning", "无效的IP地址，请重新输入！");
            return;
        }
​
        bool ok;
        unsigned int port = port_text.toUInt(&ok);
        if (!ok || port == 0 || port > 65535)  // 检查端口号的有效性
        {
            QMessageBox::warning(this, "warning", "无效的端口号，请输入1到65535之间的数值！");
            return;
        }
​
        emit connect_server(ip_address, port);  // 发出连接服务器的信号
    }
    else
    {
        currentTime = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
        ui->te_receive->append(currentTime + "\n【状态】已断开与服务器的连接");
        ui->btn_send->setEnabled(false);  // 禁用发送按钮
        is_connected = false;
        emit quit_connect();  // 发出断开连接的信号
    }
}

（1）总体思路chat_thread.c(处理聊天逻辑线程)

  1. 构造函数

    初始化 Chat_thread 对象。

  2. 接收消息

    通过 readyRead 信号槽接收服务器发送的数据，并将其转发给主线程。

  3. 处理连接状态变化

    监控与服务器的连接状态，并打印调试信息。

  4. 断开连接

    关闭套接字连接并释放资源，发出连接断开信号。

  5. 启动连接

    通过指定的 IP 和端口号连接服务器，并处理连接成功、失败、断开、接收数据等事件。

  6. 发送消息

    检查连接状态并发送消息。如果未连接，则发出未连接信号。

（2）详细流程chat_thread.c(处理聊天逻辑线程)

  1. 构造函数：

    • 构造函数 Chat_thread::Chat_thread(QObject *parent) 初始化 Chat_thread 对象。在这个阶段不需要任何复杂的逻辑，主要是确保对象正常创建。

    Chat_thread::Chat_thread(QObject *parent)
    : QObject{parent}
{}

  2. 接收消息处理：

    • receive_message() 是一个槽函数，用于接收从服务器发送的数据。当 QTcpSocket 对象有数据可读取时，信号 readyRead 会被触发，调用此槽函数。读取数据后，通过 transfer_recv_info 信号将接收到的消息发送出去。

    void Chat_thread::receive_message()
{
    QString message = socket->readAll();  // 从服务器读取数据
    emit transfer_recv_info(message);  // 发出信号，通知接收到的数据
}

  3. 处理连接状态变化：

    • state_changed() 函数是一个槽函数，用于处理客户端与服务器的连接状态变化。根据不同的 QAbstractSocket::SocketState 枚举值，打印调试信息并处理相应状态的变化。

    void Chat_thread::state_changed(QAbstractSocket::SocketState socketstate)
{
    QString stateStr;  // 用于保存状态的字符串
    switch (socketstate)
    {
    case QAbstractSocket::UnconnectedState:
        qDebug()<< "\n【状态】与服务器断开连接...";
        stateStr = "UnconnectedState";
        break;
​
    case QAbstractSocket::ConnectedState:
        stateStr = "ConnectedState";
        qDebug()<< "【状态】与服务器建立连接...";
        break;
​
    case QAbstractSocket::HostLookupState:
        stateStr = "HostLookupState";
        qDebug()<< "【状态】正在查找主机...";
        break;
​
    case QAbstractSocket::ConnectingState:
        stateStr = "ConnectingState";
        qDebug()<< "【状态】正在连接服务器...";
        break;
​
    case QAbstractSocket::ClosingState:
        stateStr = "ClosingState";
        qDebug()<< "【状态】正在关闭连接...";
        break;
​
    default:
        stateStr = "UnknownState";
        qDebug()<< "未知的错误, 当前状态: " + stateStr;
        break;
    }
}

  4. 断开连接处理：

    • break_connected() 用于处理断开与服务器的连接。当套接字连接断开时，关闭并释放资源，并发出 connect_cancel 信号通知主线程。

    void Chat_thread::break_connected()
{
    socket->close();  // 关闭套接字
    socket->deleteLater();  // 延迟删除套接字，释放资源
    emit connect_cancel();  // 发出连接断开信号
}

  5. 开始连接服务器：

    • start_connected() 用于发起连接服务器的请求。创建 QTcpSocket 对象并尝试连接到指定的 IP 和端口。连接成功、失败、断开、接收数据等事件都会通过信号槽机制进行处理。

    void Chat_thread::start_connected(QString IP, unsigned short PORT)
{
    socket = new QTcpSocket;  // 创建套接字对象
​
    socket->connectToHost(QHostAddress(IP), PORT);  // 连接到服务器
​
    // 连接成功时，发送 connected 信号通知主线程上传消息
    connect(socket, &QTcpSocket::connected, this, &Chat_thread::connected);
​
    // 连接失败时处理
    connect(socket, &QTcpSocket::errorOccurred, this, [=](QAbstractSocket::SocketError socketError){
        qDebug() << "连接失败";
        QMessageBox::critical(nullptr, "连接失败", "连接失败，错误代码：" + QString::number(socketError));
    });
​
    // 连接断开时处理
    connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, this, &Chat_thread::break_connected);
​
    // 监听数据接收
    connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &Chat_thread::receive_message);
}

  6. 发送消息：

    • start_send() 用于发送消息到服务器。首先检查套接字是否处于连接状态，如果已连接，则发送消息。如果未连接，则发出 not_connected 信号。

    void Chat_thread::start_send(QString message)
{
    if (socket && socket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState)
    {
        socket->write(message.toUtf8());  // 发送消息
    }
    else
    {
        emit not_connected();  // 如果未连接，发出未连接信号
    }
}

二、实现效果

1、服务器

2、客户端


http://www.kler.cn/news/311513.html

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