Java编程实现多线程TCP服务器完整实例

简介

本文将通过Java代码实现一个多线程的TCP服务器，包含完整的代码以供参考。该服务器能够同时服务多个客户端，每个客户端都在独立的线程中运行。本文将介绍如何实现TCP Socket编程，以及如何使用Java多线程进行并发编程。

实现目标

1. 实现一个多线程TCP服务器，支持多客户端同时连接。
2. 服务器能够接受客户端连接，并读取并输出客户端发送的消息。
3. 服务器能够向客户端发送消息，并关闭连接。

代码实现

以下是实现该目标的Java代码，我们对其进行分析：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class MultithreadedTCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建一个ServerSocket监听端口
        int portNumber = 5000;
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber)) {
            System.out.println("服务器启动，监听端口号： " + portNumber);
            //循环等待客户端连接
            while (true) {
                //客户端连接成功，创建新的Socket来处理客户端请求
                new ClientThread(serverSocket.accept()).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("无法监听端口 " + portNumber);
            System.exit(-1);
        }
    }
}

//处理客户端请求的线程类
class ClientThread extends Thread {
    private Socket socket;
    private PrintWriter out;
    private BufferedReader in;

    public ClientThread(Socket socket) {
        super("ClientThread");
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println("客户端连接成功。地址：" + socket.getRemoteSocketAddress());

            //获取Socket的输入输出流，用于向客户端发送和接收消息
            out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                //客户端发送了"Bye"时，关闭连接
                if (inputLine.equals("Bye")) {
                    break;
                }
                //向客户端发送消息
                out.println("服务器响应：" + inputLine);
            }

            //关闭连接
            out.close();
            in.close();
            socket.close();
            System.out.println("客户端断开连接。");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码实现分析

程序入口

程序入口使用了Java的main方法，其创建了一个ServerSocket并循环等待客户端的连接。

int portNumber = 5000;
try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber)) {
    System.out.println("服务器启动，监听端口号： " + portNumber);
    //循环等待客户端连接
    while (true) {
        //客户端连接成功，创建新的Socket来处理客户端请求
        new ClientThread(serverSocket.accept()).start();
    }
} catch (IOException e) {
    System.err.println("无法监听端口 " + portNumber);
    System.exit(-1);
}

其创建一个ServerSocket并绑定在5000端口，表示该服务器将会监听5000端口连接请求。当客户端连接时，主线程将创建一个新的ClientThread线程，并传入连接的Socket作为参数，然后启动该线程。

客户端线程

当客户端连接时，程序将通过一个ClientThread对象来处理客户端请求。该线程需要完成以下任务：

1. 获取Socket的输入输出流，用于向客户端发送和接收消息。
2. 读取客户端发送的消息，并向客户端发送响应消息。
3. 关闭连接。

class ClientThread extends Thread {
    private Socket socket;
    private PrintWriter out;
    private BufferedReader in;

    public ClientThread(Socket socket) {
        super("ClientThread");
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println("客户端连接成功。地址：" + socket.getRemoteSocketAddress());

            //获取Socket的输入输出流，用于向客户端发送和接收消息
            out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                //客户端发送了"Bye"时，关闭连接
                if (inputLine.equals("Bye")) {
                    break;
                }
                //向客户端发送消息
                out.println("服务器响应：" + inputLine);
            }

            //关闭连接
            out.close();
            in.close();
            socket.close();
            System.out.println("客户端断开连接。");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

该线程包含了一个私有成员变量Socket，一个PrintWriter对象用于向客户端发送消息，一个BufferedReader对象用于接收客户端的消息。

当客户端连接服务器时，线程的run方法会被执行。在该方法中，首先获取了Socket的输入输出流，用于向客户端发送和接收消息。接着，它会读取客户端发送的消息，并向客户端发送响应消息。当客户端发送了"Bye"时，该线程将关闭连接。

示例

示例1

现在我们可以启动服务器，这可以通过执行MultithreadedTCPServer类的main方法来实现。当服务器开始监听端口时，我们可以启动多个客户端，这通过执行以下客户端代码和使用telnet命令行工具来实现：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String hostName = args[0];
        int portNumber = Integer.parseInt(args[1]);

        try (
            Socket socket = new Socket(hostName, portNumber);
            PrintWriter out =
                new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            BufferedReader in =
                new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            BufferedReader stdIn =
                new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(System.in))
        ) {
            String userInput;
            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                out.println(userInput);
                System.out.println("服务器响应: " + in.readLine());
                if (userInput.equals("Bye"))
                    break;
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("无法确定主机: " + hostName);
            System.exit(1);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("无法连接到主机: " + hostName);
            System.exit(1);
        }
    }
}

执行代码java TCPClient localhost 5000可以启动一个客户端并连接到之前启动的服务器。这将打开一个输入流，可以在其中输入消息并将其发送到服务器。服务器会处理这些请求，然后返回响应消息。

示例2

我们可以使用telnet命令来手动连接到之前启动的服务器。在终端输入命令telnet localhost 5000 就能连接到服务器。输入消息并按Enter键发送，服务器将会打印出消息并返回响应消息。当要断开连接时，输入"Bye"即可关闭TCP连接。