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自定义协议与序列化

news 来源：原创 2025/7/19 18:43:13

前言

书接上回，我们上一篇提到了协议并且我们草率的写了一个协议，然后又对TCP的R和W留了一个伏笔，我们今天彻底做个了断。

UDP是面向数据报的，它要么不读，要么就是一次读完的，所以不存在数据断断续续的问题，但是TCP是面向字节流的，所以它一次读的数据并不一定是完整的。

然后我们在来谈RW的问题，我们的RW真的是直接读到数据就发给对方吗？

其实不是的

我们可以先跳过序列化的过程直接看底层，所以实际上我们的RW只是负责把信息发给缓冲区或者从缓冲区读，它们的本质只是拷贝，怎么发，发多少，发错了咋办，这些它都不管。

这一块归TCP协议自主决定，所以TCP叫传输控制协议，再进一步，我们TCP就算发，它叫发吗，它也只是把本地信息拷贝到网络中，所以通信即拷贝。

我们两台TCP的主机，四个缓冲区，其实就是生产者消费者模型。

序列化/反序列化

我们上面那张图，中间好像缺了一块，不是我画的丑，我们现在来讲缺失的那一块。

我们如果传消息，它有消息的内容、时间、谁等等属性，那我们是一段一段发吗，这也太麻烦了，那用结构体合并起来发怎么样呢，可以，但是每个语言对齐标准不一样，你用结构体虽然可以，但是只能是同语言之间发，限制太大了，所以，有了序列化的方法，它把上面的信息全合并成一条字符串，中间可能用什么符号隔开，这一条字符串发过去，啥语言没字符串，也不需要考虑对齐。

对方收到以后，我们都可以通信了诶，那我们总要有共同的协议吧，它就按协议里的规则再把字符串给拆分，就拿到信息了，这叫反序列化。

把这一块加入上图，是不是就完整了，也更能明白，为啥会断断续续的发，因为就算我们合成一条字符串信息，但是发多少还是TCP协议自主决定的，所以这种情况下我们是不能反序列化的，得等拿到完整的信息才能反序列化。它能少，也能多，你也有可能一次收到多条信息呢。这种就叫面向字节流。

模版模式封装Socket

直接进入代码环节

我们之前讲完UDP和TCP，我们发现它俩方法都差不多，虽然我们都各自封装了，但是还不够，我们C++学完后就能感觉有点似曾相识的感觉呢，继承多态。

我们用一个基类，而基类具体实现哪种方法取决于我们传什么子类。

是的，我们之前UDP和TCP的偷懒封装在这更进一步了，我们直接用一个基类合并了它们俩。

具体的实现，就取决于我们是UDP还是TCP，但是上层，只关心你传的基类。而我基类的初始化，那不就是调用对应类型的方法，我传TCP就调TCP的初始化，UDP就UDP的。

今天我们是TCP它还有个accept连接呢。

为啥我们不简单返回套接字呢，因为我们返回子类对象，后续基类拿到以后也可以直接调用子类的方法，去除差异化。

服务端

我们方法都封装好了，所以服务端反而变简单了。

老样子提供端口号，然后基类对象，判断是否在运行，然后提供信息处理方法就完了。唯一不太一样的就是今天我们的listen是去构建一个子类对象，而不是自己listen。

然后又是熟悉的死循环起手，接收客户端信息，建立连接，然后用多线程的方法，让父进程负责寻找客户端信息，带给我们的子进程，而子进程收到信息后，先关闭不需要的套接字，然后自己退出，让孙子进程对我们的客户端信息做处理。

那么方法还不是我们要做啥操作传啥方法。

那现在，我们来详谈方法。我们先得明确，我客户端对你服务端有特定的协议规定，而你服务端对客户端也有特定的协议，这俩不是共用一套协议的，或者说是在一套大协议下，用里面约束自己的那一套协议。

客户端协议

这要是按我们自己定义的，中间加个符号之类的隔开作为区分，那这个协议和我们前面写的是没啥区别的，而且局限性很大，往往方法一改变就得作废，所以我们今天用新的方法。

有点麻烦，但是没办法，它有点像pair，也是key:value对应的。那这不就能让字符串和数据自动关联上了吗。

结果大概就长这样。

所以序列化就是把数据线变字符串，反序列化就是把数据先恢复成对应的类型，然后提取内容。

服务端协议

服务端和客户端大同小异，本质就是转化、操作、把结果再转化发回给对方。可是，我们TCP是面向字节流啊，你序列化了也不能保证一次就是完整的一条数据不多不少。所以我们需要进一步完善协议。

协议部分

OK 我们现在有对客户端和服务端的协议了，我们现在需要给它俩包起来，在我们真正使用时可以自由使用任意一个。

我们这个更大的外层，包含了客户端转服务端的方法，这样服务端才知道如何具体处理客户端的信息。

然后我们规定了客户端发送信息以什么格式发送。

然后服务端又如何接收，实际上就是拆分的过程，我们先找\r\n，如果可以找到，那它至少可能是个报文，如果\r\n都没有，说明它无法构成完整报文了。

然后我们再读取出它的长度部分，把它一转化就得到了信息内容的长度，那么加上两个分隔符的长度就是我们这一条报文的总长度。

如果传入的信息和我们的长度对不上，那说明也有问题，它也不算一条正常的报文。

走到这一步，上面就算找到完整的报文了，那我们把它从第一个分隔符之后开始一直提取到长度位置，就得到了这一条报文，还不算完，我们还要善后，把我们读取到的部分删除，因为我们无法确定是不是刚好TCP就传了一条协议，也许后面还有内容。

这样下次进来就是新的开始。

消息处理的具体方法

今天我们的方法是实现计算器，那么我们就得规定具体如何处理客户端传入的信息。这也就是我们如何让Request转成Response。

所以我们明确规定一进来，Response的两个参数都是0，而想要它变化，就看Switch走哪条了，并且针对除法，还设置了code的值，以及除了+-*/四种运算符外的情况。

最后返回计算结果，这既是我们的处理方法。

而我们的外部也变成了这样，先声明一个Cal方法，把它传入协议里，再把协议传入线程里，这样就实现了多层次的解决方法。

我线程一调用到GetResq函数，它就先接收客户端信息，然后利用while反复判断是否拿到一条完整报文，并不断将它写入到我们传入的容器内，然后对它反序列化得到客户端传入的信息，这时候再用Response接收我们回调后的结果，也就是Cal的运算结果。

取得运算结果后，我们还得序列化转成字符串，再加上我们的协议格式，然后给客户端发回去。

客户端部分

OK我们铺垫这么久，客户端要做的其实没啥了，就发消息罢了，上面把序列化反序列化、怎么接收怎么发回都搞定了。

所以我们先拿一下服务端的信息再创建一个套接字。

然后又是让用户输入要计算的内容，并且不是算一次就退，所以又是while死循环。

然后就让客户端的数据先初始化一下Request，再序列化它然后添加我们的格式。

格式也设置好以后就可以发出了，我们不必担心不知道发给谁的问题，底层已经给我们封装好了我们的send函数，它在你Build的时候就拿到你的套接字了。

然后就是等待服务端计算完毕，然后返回结果给我们打印了。

至于GetResponse和我们上面的GetResq它是大同小异的，因为我们的协议规定了格式，所以不论是服务端还是客户端，它的读取方式都是一样的。

同样是先收数据，因为我们不一定能一次读完一段完整的数据，所以我们的采用+=的方式。

如果没有读到完整的数据，比如半条，那我们就continue继续读呗，直到有一条完整数据。

然后老样子反序列化，这次就不用序列化了，因为我们就是客户端了。

那么我们现在再来看，我们就会发现我们的操作都是定义上三层的部分，其他层都由操作系统和协议解决了，所以，书上说TCP协议好是好但是无法完全模拟实现就是这种原因，操作系统和协议再牛，也无法统一用户的需求。

守护进程

我们先来从下往上说。

我们可以看到我们三个命令用管道联通起来，然后我已查询就查出了他们仨，我们细看PGID，这个是进程组ID，进程组由多个进程构成，进程组帮我们完成任务，一个进程组可以只有一个进程。

多个进程进程组ID以第一个为组ID，如果只有一个的话就是自己。

只要组里还有成员，进程组组就存在，即使组长GG。

进程组就像一个小团队，它内部的进程共同负责某一块任务，当然也有可能组内就一个成员。

SID，这个叫：会话ID，一个会话内可以有多个或一个进程组，我们一登录，操作系统就会给我们创建一个会话，而这个会话至少有一个进程组也就是bash，会话ID就是bash的ID。

我们进行的任意操作，都是在这个会话内创建新的进程组。

那在会话内也是分前后台进程的，输出的话无所谓，你就算100个一起输出它也能输出，用户也看得见，但是输入，只能有一个，因为你不能同时给100个进程输入命令。

所以区分为一个前台多个后台进程，输入的命令只给前台，后台不受影响。

以前的电脑有注销这个选项，注销即删除会话，然后创建新的会话，这样上一位的会话就被结束了，可是我们的服务器不能受到销毁会话的影响，所以就有了守护进程的概念。

守护进程

守护进程就是把我们的服务器迁移到新的会话，这样旧会话即使被销毁也不会影响我们的服务器了

setsid(); 这样就能创建新会话，很简单吧。

前提是它不能是进程组的组长，所以我们采取fork创建子进程，然后关闭父进程，用子进程setsid ，所以守护进程算一种孤儿进程。并且守护进程不想和标准输入输出错误产生联系，一般是直接和网络通信。

所以我们把守护进程的输入输出错误全部链到/dev/null 这个路径下的文件其实就是垃圾桶，输入的内容会被丢弃，读取的内容为空。

实现

我们看上面那么多字，其实它很简单，说白了就是子进程调用个函数把我们的服务器迁移过去罢了。

是的，它很简单就能实现，甚至系统调用都给你准备好了。

好了下一篇我们就要真正进入网络了。

前言

序列化/反序列化

模版模式封装Socket

服务端

客户端协议

服务端协议

协议部分

消息处理的具体方法

客户端部分

守护进程

守护进程

实现

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