TCP 多客户端与服务器通信程序

一、项目简介本项目是一个基于 Linux实现的 TCP 多客户端与服务器通信程序主要包含tcp_serverTCP 服务端程序监听客户端连接接收客户端数据维护在线客户端列表。tcp_clientTCP 客户端程序连接服务端支持从标准输入发送消息。自定义应用层协议每个数据包由 2 字节 payload 长度 和 payload 内容 组成。可靠性机制发送超时、重试、心跳检测、客户端自动重连。多客户端管理服务端维护客户端链表可统计并打印当前在线客户端数量。服务端默认监听端口为 8080客户端默认连接 服务器ip 127.0.0.1:8080。二、目录结构Tcpserver_project00v1/ ├── Makefile ├── README.md ├── include/ │ ├── common.h # 公共配置、端口、缓冲区、超时和错误码 │ ├── tcp_client_list.h # 服务端客户端链表管理接口 │ ├── tcp_protocol.h # 协议打包和解析接口 │ ├── tcp_reliability.h # keep-alive、超时、重试接口 │ └── tcp_server.h # 服务端启动接口 ├── src/ │ ├── main.c # 服务端入口 │ ├── tcp_server.c # 服务端主循环、连接接入、select 事件处理 │ ├── tcp_client.c # 客户端入口和通信逻辑 │ ├── tcp_client_list.c # 客户端链表增删查和在线列表打印 │ ├── tcp_protocol.c # 协议解析、业务响应、ACK 回复 │ └── tcp_reliability.c # socket keep-alive、超时和重试发送 └── build/ # 编译生成的中间文件主要模块职责tcp_server.c 初始化监听 socket使用 select 处理新连接和客户端数据检查客户端空闲超时。tcp_client.c 连接服务端读取用户输入发送业务数据和心跳处理 ACK 和自动重连。tcp_protocol.c 实现协议打包、拆包、粘包半包处理、业务回复、心跳 ACK 和数据 ACK。tcp_client_list.c 维护服务端在线客户端链表。tcp_reliability.c 封装 socket keep-alive、收发超时和发送重试。common.h 集中管理端口、缓冲区大小、超时、重试次数和错误码。三、运行环境项目代码使用 Linux socket API适合在 Linux 或 ARM Linux 环境运行。编译依赖makeARM 交叉编译工具链二选一arm-linux-gnueabihf-gccarm-linux-gccMakefile 会自动检测可用的 ARM 交叉编译器。如果两个工具链都不存在执行 make 会报错。四、编译说明在项目根目录执行make编译成功后会生成两个arm32位的可执行文件tcp_server tcp_client清理编译产物make clean如果需要在普通 x86 Linux 主机上本地测试可以临时修改 Makefile 中的 CC 和 CFLAGS例如使用CC gccCFLAGS -Wall -O2 -I./includeLDFLAGS 五、使用说明1. 启动服务端在一台终端中运行./tcp_server正常启动后会输出类似信息 TCP服务器启动,监听中... 80802. 启动客户端在另一台终端中运行./tcp_client连接成功后会输出已连接到服务器 127.0.0.1:8080之后可以在客户端终端直接输入文本并回车客户端会把文本发送给服务端。示例 hello server客户端发送后服务端会打印收到的内容并回复当前在线客户端数量。客户端会显示类似Server replied: Received: hello server,当前在线客户端数:1 Server replied: TYPE:DATA_ACK|SEQ:1|BODY:OKReceived DATA_ACK for SEQ:13. 退出客户端客户端输入以下任意命令可主动退出 quit exit4. 多客户端连接可以打开多个终端分别运行./tcp_client每有一个客户端接入服务端会记录客户端的 fd、IP、端口、连接时间并打印当前在线客户端列表。客户端发送消息后服务端回复中会包含当前在线客户端数量。5. 心跳和自动重连客户端会定期发送心跳包 TYPE:HEARTBEAT|SEQ:x服务端收到后回复 TYPE:HEARTBEAT_ACK|SEQ:x|BODY:OK如果客户端检测到服务端断开会先进入倒计时检测阶段期间每秒尝试重连如果仍未恢复 则进入最多 5 次的正式重连流程。连续重连失败后客户端自动退出。服务端根据客户端最后活跃时间判断空闲连接 超过 CLIENT_IDLE_TIMEOUT_SEC 后会关闭该客户端连接。六、协议说明1. 数据包格式每个应用层数据包格式为| 2 字节 包头 长度 | payload 包内容 |长度字段使用网络字节序。最大 payload 长度为 1024 字节。服务端和客户端都支持处理 TCP 粘包、半包。2. 业务数据格式客户端发送普通业务数据时优先使用 TYPE:DATA|SEQ:序号|BODY:消息内容服务端收到后会打印消息内容。回复普通业务响应 Received: 消息内容,当前在线客户端数:X回复数据确认 TYPE:DATA_ACK|SEQ:序号|BODY:OK如果输入内容过长客户端会降级为普通 payload 发送此时服务端仍会回复业务响应 但客户端不会等待 DATA_ACK。3. 心跳格式客户端发送 TYPE:HEARTBEAT|SEQ:序号服务端回复 TYPE:HEARTBEAT_ACK|SEQ:序号|BODY:OK七、重要配置主要配置位于 include/common.h#define PORT 8080 #define BACKLOG 5 #define BUFFER_SIZE 2048 #define MAX_PAYLOAD_LEN 1024 #define HEADER_LEN 2 #define RECV_TIMEOUT_SEC 3 #define SEND_TIMEOUT_SEC 3 #define RETRY_MAX 3 #define RETRY_DELAY_SEC 1 #define HEARTBEAT_INTERVAL_SEC 15 #define HEARTBEAT_ACK_TIMEOUT_SEC 3 #define HEARTBEAT_MAX_RETRIES 3 #define CLIENT_IDLE_TIMEOUT_SEC 60客户端连接服务器地址位于 src/tcp_client.c#define SERVER_IP 127.0.0.1 #define SERVER_PORT PORT如需连接其他服务器修改 SERVER_IP 后重新编译。八、测试说明1. 编译测试执行 make clean make预期结果编译过程无错误。项目根目录生成 tcp_server 和 tcp_client。2. 单客户端通信测试步骤启动服务端 ./tcp_server启动客户端 ./tcp_client在客户端输入 hello预期结果服务端打印收到的客户端消息。客户端收到 Received: hello,当前在线客户端数:1。客户端收到对应的DATA_ACK。3. 多客户端在线数量测试步骤保持服务端运行。打开多个终端分别运行 ./tcp_client。在任意客户端输入消息。预期结果服务端打印多个客户端的连接信息。服务端在线客户端列表数量正确。客户端收到的服务端响应中当前在线客户端数与实际连接数一致。4. 客户端主动退出测试步骤客户端连接服务端后输入 quit 或 exit预期结果客户端程序退出。服务端检测到客户端断开并从在线链表中删除该客户端。服务端输出剩余在线客户端数量。5. 心跳测试步骤启动服务端和客户端。不输入任何业务消息等待约 15 秒。预期结果客户端输出发送心跳的日志例如 Sent heartbeat SEQ:x。服务端输出收到心跳的日志例如 Receive HEARTBEAT, seqx。客户端收到HEARTBEAT_ACK并清除等待状态。6. 服务端断开与客户端自动重连测试步骤启动服务端和客户端。停止服务端程序。观察客户端输出。在客户端退出前重新启动服务端。预期结果客户端检测到服务端断开。客户端进入倒计时检测或重连流程。服务端恢复后客户端能重新连接成功。7. 数据 ACK 重试测试步骤启动服务端和客户端。客户端发送普通消息。观察客户端是否收到 DATA_ACK。预期结果正常情况下客户端收到 DATA_ACK 后清除待确认数据。如果 DATA_ACK 超时客户端会按配置重试发送。超过最大重试次数后客户端断开连接并进入重连流程。8. 长数据测试步骤启动服务端和客户端。在客户端输入接近 1024 字节的字符串。预期结果未超过 MAX_PAYLOAD_LEN 时数据可被发送。如果超过 TYPE:DATA|SEQ:x|BODY: 格式可承载长度客户端会降级为普通 payload 发送。超过 MAX_PAYLOAD_LEN 时客户端提示输入过长并拒绝发送。9. 空闲超时测试步骤启动服务端。使用客户端连接服务端。停止客户端心跳或模拟客户端无数据发送。等待超过 CLIENT_IDLE_TIMEOUT_SEC。预期结果服务端关闭空闲超时的客户端连接。服务端从在线客户端链表中删除该客户端。九、常见问题1. make 报错找不到交叉编译器说明当前环境没有安装 arm-linux-gnueabihf-gcc 或 arm-linux-gcc。解决方式在 ARM 交叉编译环境中安装对应工具链。或修改 Makefile使用本机 gcc 进行本地测试。2. 客户端连接失败检查服务端是否已经启动。服务端端口是否为 8080。客户端 SERVER_IP 是否指向正确地址。防火墙是否阻止了端口访问。3. bind 失败如果服务端启动时报 bind 错误可能是 8080 端口已被占用。 可处理方式关闭占用该端口的程序。修改 include/common.h 中的 PORT 后重新编译。程序下载地址