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03 - Qt 多线程网络通信——套接字

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03 - Qt 多线程网络通信——套接字

发布时间：2024-11-16 浏览次数：1 返回列表

日志1.0 ：在QT中如何使用TCP协议进行套接字通信（即指网络通信）
TCP 和 UDP是传输层协议，二者的区别：
- TCP是面向连接的流式传输协议；TCP传输，数据安全；
- UDP是面向无连接的报式传输协议；UDP的传输，数据不安全；【比如，抖音刷视频，还有直播等等】
面向连接：TCP在连接的时候，需要进行3次握手；断开的时候，需要进行4次挥手；即TCP是一种双向连接，双向断开的机制；
UDP：在通信之前是不需要准备的，直接通信不需要连接，所以在UDP中是没有3次握手与4次挥手的；
TCP在进行数据传输的时候，有数据校验机制，当数据包丢失之后，会自动进行重传；而UDP中是没有数据校验机制的，数据丢失就无法找回；
因为TCP是流式传输协议，所以，发送端和接收端处理的数据量可以不均等，例如，在发送端发送10M的数据，而在接收端可以分10次，每次抽1M；
而UDP是报文形式的，在UDP传输数据的时候，是以报文的形式发送的，那么一个报文有多长，在接收端就收多长，例如：发送50M的数据包过去，但是在接收端收不到50M，就会把整个包都丢了，不存在先收一部分数据的情况；

1.1. TCP的通信流程

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1.2. UDP的通信流程

03 - Qt 多线程网络通信——套接字

无论是TCP还是UDP通信，其通信流程都是一样的，只是使用的语言可能不一样，而后面要用的QT，也只是在QT中对通信流程进行封装，让操作更加简单，其实底层的通信原理和通信的过程是完全相同的；

如果要进行网络通信，它和语言是没有任何关系的，要进行网络通信，只需要关注到底是基于TCP还是UDP（两个传输层的协议）通信；在传输层协议定下来后，往上还有应用层（FTP协议，HTTP协议）

1.3. QT 网络通信用到的两个类

使用QT提供的类进行基于TCP的套接字通信需要用到两个类：

QTcpServer：服务器端使用，服务器类，用于监听客户端连接以及和客户端建立连接；
QTcpSocket：服务器端和客户端都要用到的，进行客户端和服务器端的通信，接收和发送数据；通信的套接字类。

在QT中进行网络通信，其实也要进行I/O操作，这里的I/O是指网络I/O，而不是磁盘I/O，操作的是网络数据；
在QT中，用于套接字通信的QTcpSocket类（网络数据的接收发送），和QT中进行文件操作的QFile类（文件的读写），其祖先类是一样的，即QIODevice；二者本质一样，都是进行I/O操作，只不过操作的对象不一样。

负责监听，并且接受客户端的连接；

查阅QT帮助文档，可以看到QTcpServer类属于network模块，所以，在.pro工程文件中，需要把这个模块加上编译

1.1. 构造函数：

，这个构造函数接收一个参数，，即指定一个父对象；
父对象这个概念很有用！（可以了解一下QT的对象树概念）在QT中存在一个内存回收机制，通过指定父对象，就可以将当前的节点挂在父对象的下面，当父对象析构的时候，会自动析构其子节点，这就可以保证将挂在这个父对象下的所有子节点都析构掉（树状结构，操作时递归完成）；
父对象和父类不是一个概念；父类是有继承关系的，而父对象没有；

1.2. 给监听的套接字设置监听：listen

设置监听 -》对应前面TCP通信流程中的服务器的bind和listen两步（先绑定再设置监听）

参数1：const QHostAddress &address = QHostAddress::Any，要绑定的本地地址， Any指绑定本地任意的IP地址，可以使用这个默认参数，这个Any支持IPV4也支持IPV6；
参数2：对应主机上的对应端口（会为某个进程绑定固定的端口）
确定了IP和端口，数据就可以发送到某台主机上的某个进程上（确定主机的应用程序，端口就是用来确定应用程序的 | 而IP用来定位主机）；
port = 0，代表服务器随机分配一个端口（开发者就不知道了），所以，最好自己传入固定的端口号；端口号：0 - 65535；最好指定5000（8000， 10000以上）以上的端口号， 5000以下有些可能会被操作系统占用；
类封装IPV4， IPV6

1.3. 判断当前的服务器对象是否已经开始监听了：isListen

1.4. 服务器地址和端口信息

: 如果当前服务器对象正在监听，则返回监听的服务器地址信息，否则返回；
：如果当前服务器对象正在监听连接，则返回服务器的端口，否则返回0；

1.5. ：返回下一个挂起的连接作为已连接的QTcpSocket对象。

：当服务器启动监听之后，若有客户端连接上来，那么服务器就会与客户端建立连接，建立连接之后就会有一个用于通信的套接字对象；
这里一下，虽然返回的是一个指针，但是地址在函数体内部分配出来，所以这里指针指向一块有效的堆内存；所以，用完后要释放，你可以自己释放掉，也可以让服务器对象自己释放：前面讲过了对象树的概念，这里的QTcpSocket对象是由QTcpServer（父对象）对象返回的，二者是父子对象关系，这就组成了一个对象树，当QTcpServer对象析构的时候会先析构QTcpSocket对象（结构上的父子关系），保证了内存不泄漏，但是这两者是没有继承关系的；

1.6. 等待新连接：

：这个函数是一个阻塞函数，当服务器端启动监听之后，调用这个函数会阻塞当前的服务器线程，阻塞线程等待客户端的连接，若没有客户端来连接，就会一直阻塞住，所以可以指定阻塞时长msec（毫秒），当时间到了还没有客户端连接，函数就会解除阻塞；
而第二个参数timedOut：用来标识是超时解除的阻塞，还是非超时解除的阻塞；

：指定阻塞的最大时长，单位为毫秒（ms）；
：传出参数，如果操作超时timedOut为true，没有超时为false；（这里是要传入地址的，因为是bool *）
因为这是一个阻塞函数，所以在开发的时候，不推荐使用它来检测有没有新的客户端来连接，而是使用信号和槽的方式，这样就不会阻塞了；

2.1.

当有新的客户端连接上来，这个类就会发出信号，然后connect绑定槽函数，在槽函数中（处理对应的新连接）调用，得到一个用于通信的套接字对象，基于这个对象去接收和发送数据；

2.2.

当服务器和客户端建立连接的时候失败了，就会发出这样的信号，通过这个信号传递出的参数，就可以知道和客户端建立连接失败的原因。

用于通信的套接字类：，关于这个类的使用有两种情况：
- case 1：在服务器端调用，得到直接用于通信的QTcpSocket；
- case 2：在客户端创建对象，创建出来的这个对象不能直接用来通信，需要先连接服务器，连接成功之后才能和服务器进行通信；

如何连接服务器；

：连接服务器

这个函数是重载函数；
- ：
  - 参数1 ：指定要连接的服务器的地址， IP地址；
  - 参数2 ：端口，是服务器端程序绑定的端口，服务器绑定了什么端口，在连接的时候就基于什么端口连接；
  - 参数3 ：打开方式，默认情况下对套接字对象操作的那个内存块是进行写还是读操作？
  - 参数4 ：用默认值， IP协议；
- ：
  - 参数1 ：指定要连接的服务器地址，通过QHostAddress进行封装；
  - 参数2 ：端口，是服务器端程序绑定的端口；
  - 参数3 ：打开方式，默认情况下对套接字对象操作的那个内存块是进行写还是读操作？

如何基于进行通信，通信即是指数据的读或写；

是一个套接字通信类，无论是在客户端还是服务器端都需要使用它。在Qt中发送和接收数据也属于I/O操作（网络I/O），如下是这个类的继承关系：

1.1. 构造函数

: 创建一个状态为UnconnectedState的QTcpSocket对象。

1.2. 连接服务器：

需要指定服务器绑定的IP和端口信息 继承自QAbstractSocket

这个函数是重载函数；
- ：
  - 参数1 ：指定要连接的服务器的地址， IP地址；
  - 参数2 ：端口，是服务器端程序绑定的端口，服务器绑定了什么端口，在连接的时候就基于什么端口连接；
  - 参数3 ：打开方式，默认情况下对套接字对象操作的那个内存块是进行写还是读操作？
  - 参数4 ：用默认值， IP协议；
- ：
  - 参数1 ：指定要连接的服务器地址，通过QHostAddress进行封装；
  - 参数2 ：端口，是服务器端程序绑定的端口；
  - 参数3 ：打开方式，默认情况下对套接字对象操作的那个内存块是进行写还是读操作？

1.3. 接收数据：相关的read

在 Qt 中不管调用读操作函数接收数据，还是调用写函数发送数据，操作的对象都是本地的由 Qt 框架维护的一块内存。所以，调用了发送函数，数据不一定会马上被发送到网络中，调用了接收函数也不是直接从网络中接收数据。

: 指定可接收的最大字节数 maxSize 的数据到指针 data 指向的内存中；
：指定可接收的最大字节数 maxSize，返回接收的字符串；
：将当前可用操作数据全部读出，通过返回值返回读出的字符串；

1.4. 发送数据：相关的write

：发送指针 data 指向的内存中的 maxSize 个字节的数据
：发送指针 data 指向的内存中的数据，字符串以 ‘0’ 作为结束标记
：发送参数指定的字符串
调用read和write操作的都是QT帮我们维护的这块内存， QT框架检测到有数据后，会把数据发送到网络中，所以read和write不是直接操作的网络中的数据；

查阅帮助文档，可以发现QTcpSocket所用到的信号都是从父类QAbstractSocket继承来的；

2.1. QAbstractSocket中的信号：

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2.1.1.

This signal is emitted after connectToHost() has been called and a connection has been successfully established：当我们调用connectToHost()时，如果成功连接了服务器，那么这个信号就会被发射出来；

2.1.2.

This signal is emitted when the socket has been disconnected：在套接字断开连接时发出 disconnected() 信号；
若B端断开了连接，在A端通信的就会发射出disconnected信号；（检测对端有没有断开连接， 不是当前这端，而是通信的对端）

2.2. QIODevice中的信号：

2.2.1.

在使用QTcpSocket进行套接字通信的过程中，如果该类对象发射出信号，说明对端发送的数据达到了，之后就可以调用接收数据了；

1.1 通信流程

创建套接字服务器对象（用于监听的套接字对象）
绑定 + 设置监听：通过对象设置监听，即：： IP + 端口
基于信号检测是否有新的客户端连接；
如果发出了的信号，说明有新的客户端连接，就在对应的槽函数中调用得到通信的套接字对象；
使用通信的套接字对象和客户端进行通信：中提供了接收和发送数据的函数read和write；并且在中提供了3个信号：
- QIODevice::readyRead()：可以知道对端有没有发送数据过来，若有数据过来，对象会发出信号，在这个信号对应的槽函数中做对应的接收数据的操作即可；
- 还可以通过对象去检测当前的连接是否成功了：，这个连接的检测是在客户端进行检测的，服务器端是不可以使用这个信号的；
- ：无论在客户端或者服务器端都是可以使用的，只要通信的两端（A， B），其中的某一端（B）断开了连接，那么在这一端（A）就可以通过对象发射出这个信号，通知A端，对端B已经断开了连接；

1.2 服务器窗口界面设计：

创建一个服务器的工程， base 基类选择QMainWindow，这样会带菜单栏，工具栏和状态栏；
菜单界面设计：详细图解

1.3 服务器端套接字通信处理

开始开发之前，先在.pro工程文件中将network模块加入进去；记得保存刷新，才能将模块重新导入；另外，在Qt Creator中，提供了可以在UI设计界面，直接右键控件转到槽（如下图所示：），由系统自动帮我们去进行信号和槽的连接，这里为了加深练习，全部都统一使用手动连接信号和槽：

按照前面的流程，先在服务器端创建一个用于监听的套接字对象，；
将状态栏的两种连接状态图片（连接成功和连接失败）添加到项目的资源文件中；

1.4 完整服务器端代码

2.1 通信流程

创建用于通信的套接字类对象：实例化后要去连接服务器，否则无法进行套接字通信；
使用服务器端绑定的IP和端口连接服务器：;
连接成功之后，就可以使用对象和服务器进行通信；

2.2 客户端窗口界面设计

创建一个客户端的工程， base 基类选择QMainWindow，这样会带菜单栏，工具栏和状态栏；
菜单界面设计：详细图解

2.3 客户端套接字通信处理代码

按照通信流程走；

根据IP和端口连接服务器，当点击发送文件按钮后，会将选择的磁盘文件传输给服务器端；
当服务器端接收完毕后，服务器会断开连接，客户端这边会发射出一个disconnected信号，通知服务器已经接收完毕，客户端断开连接；
以上通信流程都是在子线程中完成；

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Qt中提供了两种线程的创建方式；步骤如下，我们使用其中的一种，更为灵活的创建方式

2.1 过程步骤

创建一个新的类SendFile，让这个类从QObject派生
在这个类中添加自定义的任务函数（公共的成员函数 | 子线程执行任务），函数体就是我们要子线程中执行的业务逻辑
在主线程中创建一个QThread对象，这就是子线程的对象；
在主线程中创建工作的类对象，并且不要给创建的对象指定父对象；
将创建出来的工作的类对象移动到创建的子线程对象中，需要调用QObject类提供的方法：

启动子线程，调用，这时候线程启动了，但是移动到线程中的对象是没有工作的；
借助信号和槽机制，调用工作的类对象的工作函数，让这个函数开始执行，这时候是在移动到的那个子线程中运行的；

2.2 实例代码

：准备要在子线程中完成的工作，连接服务器和发送文件给服务器

上面采用了Qt中提供的多线程使用方式的其中一种，接下来在服务器端使用另外一种较为简单的使用方法，因为服务器端程序没有太多的功能，仅仅是在子线程中接收文件；

需要创建一个线程类的子类，让其继承QT中的线程类QThread，比如：

重写父类的虚函数方法，在该函数内部编写子线程要处理的具体的业务流程

在主线程中创建子线程对象， new一个

启动子线程，调用方法
- 只要调用方法，子线程中方法就可以被执行；

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新建一个recvFile类，继承自QThread

recvfile.h

前面，当用于监听的套接字对象发射出一个newConnection信号，就说明有客户端发起了连接，就调用得到一个用于通信的套接字对象；
然后把这个用于通信的套接字对象，直接传递给了子线程；但是有可能会遇到通信的套接字对象无法在子线程中工作的问题，下面介绍的就是如何解决？（无论哪种使用子线程的方式，这里解决的方法一样）

在QTcpServer中有一个虚函数，：可以得到一个用于通信的文件描述符，并且这个函数自动被QT框架所调用，不需要调用;
- 当客户端向服务器发起了连接，函数就会被调用，得到一个用于通信的文件描述符；
- 调用，其实是对通信的文件描述符进行了封装，得到一个QTcpSocket对象，而没有对文件描述符进行封装，所以我们需要自己对通信的文件描述符进行封装；

先在当前服务器端的项目中，新添加一个类MyTcpServer，继承自QTcpServer
在当前的这个子类中，重写受保护的虚函数
在子线程中将通信的文件描述符封装成QTcpSocket

mainwindow.h

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1.1. TCP的通信流程

1.2. UDP的通信流程

1.3. QT 网络通信用到的两个类

1.1. 构造函数：

1.2. 给监听的套接字设置监听：listen

1.3. 判断当前的服务器对象是否已经开始监听了：isListen

1.4. 服务器地址和端口信息

1.5. ： 返回下一个挂起的连接作为已连接的QTcpSocket对象。

1.6. 等待新连接：

2.1.

2.2.

：连接服务器

1.1. 构造函数

1.2. 连接服务器：

1.3. 接收数据：相关的read

1.4. 发送数据：相关的write

2.1. QAbstractSocket中的信号：

2.1.1.

2.1.2.

2.2. QIODevice中的信号：

2.2.1.

1.1 通信流程

1.2 服务器窗口界面设计：

1.3 服务器端套接字通信处理

1.4 完整服务器端代码

2.1 通信流程

2.2 客户端窗口界面设计

2.3 客户端套接字通信处理代码

2.1 过程步骤

2.2 实例代码

1.5. ：返回下一个挂起的连接作为已连接的QTcpSocket对象。