Java多线程实现TCP网络Socket编程(C/S通信)

深渊向深渊呼唤

目录

开篇必知必会

一、多线程技术

二、实现多线程接收

1、单线程版本

 2、多线程版本

三、多线程与进程的关系

四、客户端界面完整代码

五、多线程通信对比

最后


开篇必知必会

在前一篇《基于TCP协议网络socket编程(java实现C/S通信)》,实际存在一个问题,如果服务器端在建立连接后发送多条信息给客户端,客户端是无法全部接收的,原因在于客户端为单线程,只接受了第一条信息,剩余信息阻塞等待下一次发送。所以,这造成了客户端无法处理消息队列,每次只接收并输出一条服务器信息,出现信息不同步问题。

本篇将解决这个问题,详细记录实现java多线程通信,目标是使客户端可以一次接收服务器发送的多条信息,避免阻塞。方法是将客户端接收信息功能独立为一个线程来完成,进一步完善TCP的Socket网络通信,C/S软件架构的程序设计!

Java实现socket网络编程系列文章:

    基于UDP协议网络Socket编程(java实现C/S通信案例)[https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215] 基于TCP协议网络socket编程(java实现C/S通信)[https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215]

一、多线程技术

首先,了解多线程技术。下图是程序调用的顺序执行(左:单线程)与线程调用的并行执行(右:多线程)

多线程程序则是右边并行执行的方法。

在上一篇的TCPClientFX.java程序中,发送信息是可以通过“发送”按钮来实现主动控制,但是接收信息是被动的,只能接收一条信息,对于输入流中有多少信息是不可控制的。为此,我们使用多线程技术,添加一个线程专门负责读取输入流中的信息。

在java中,主要有两种实现多线程的方法,一是使用Thread类,二是使用Runnable类并实现run()方法。下面我是用Thread类实现,匿名内部类使用了lambda的写法 ,显得更加简洁。

readThread = new Thread(()->{
    //匿名内部类函数体

});

二、实现多线程接收

1、单线程版本

首先,跟之前的单线程通信对比一下,下面代码只能实现客户端接收服务器单条信息,如果服务器连续多条信息发送,则无法全部正确接收。连接成功后只能接收一条来自服务器信息。

        //连接按钮
        btConn.setOnAction(event -> {
            String ip=ipAddress.getText().trim();
            String port=tfport.getText().trim();

            try {
                //tcpClient是本程序定义的一个TCPClient类型的成员变量
                tcpClient = new TCPClient(ip, port);
                //成功连接服务器,接受服务器发来的第一条欢迎信息
                String firstMsg=tcpClient.receive();
                taDisplay.appendText(firstMsg+"\n");
                //连接服务器之后未结束服务前禁用再次连接
                btConn.setDisable(true);
                //重新连接服务器时启用输入发送功能
                tfSend.setDisable(false);
                btnSend.setDisable(false);
            }catch (Exception e){
                taDisplay.appendText("服务器连接失败!"+e.getMessage()+"\n");
            }
        });

 同样,在发送按钮,每次也只能“发一条,收一条”,如下代码:

        //发送按钮事件
        btnSend.setOnAction(event -> {
            String msg=tfSend.getText();
            tcpClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
            taDisplay.appendText("客户端发送:"+msg+"\n");
            String receiveMsg=tcpClient.receive();//从服务器接收一串字符
            taDisplay.appendText(receiveMsg+"\n");
            if (msg.equals("bye")){
                btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
                tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
                //结束服务后再次启用连接按钮
                btConn.setDisable(false);
            }
            tfSend.clear();
        });

 2、多线程版本

根据前面分析,只需要将客户端接收的功能交给一个线程处理,就能够达到目的,不会因为接收语句阻塞使得主进程卡住。

所以,将线程放到连接按钮里面为好,在成功连接服务器之后,程序就启动线程,时机正好。代码修改如下:

        //连接按钮
        btConn.setOnAction(event -> {
            String ip=ipAddress.getText().trim();
            String port=tfport.getText().trim();

            try {
                //tcpClient是本程序定义的一个TCPClient类型的成员变量
                tcpClient = new TCPClient(ip, port);
                //用于接收服务器信息的单独线程
                readThread = new Thread(()->{
                    String receiveMsg=null;//从服务器接收一串字符
                    while ((receiveMsg=tcpClient.receive())!=null){
                        //lambda表达式不能直接访问外部非final类型局部变量,需要定义一个临时变量
                        //若将receiveMsg定义为类成员变量,则无需临时变量
                        String msgTemp = receiveMsg;
                        Platform.runLater(()->{
                            now = LocalDateTime.now();
                            taDisplay.setStyle("-fx-text-fill:red");
                            taDisplay.appendText(dtf.format(now) +"\n");
//                            taDisplay.setStyle("-fx-text-fill:black");
                            taDisplay.appendText(msgTemp+"\n");
                        });
                    }
                    Platform.runLater(()->{
                        taDisplay.appendText("对话已关闭!\n");
                    });
                });

                readThread.start();
                //连接服务器之后未结束服务前禁用再次连接
                btConn.setDisable(true);
                //重新连接服务器时启用输入发送功能
                tfSend.setDisable(false);
                btnSend.setDisable(false);
            }catch (Exception e){
                taDisplay.appendText("服务器连接失败!"+e.getMessage()+"\n");
            }
        });

三、多线程与进程的关系

做到这里,已经完成多线程通信的功能。不过,在不断调试时候会发现,关闭窗体的时候,终端会出现Socket已关闭,输入输出流未正常关闭、线程异常等问题。如下错误:

java.net.SocketException: Socket closed

这是为何呢?原因就是多线程与程序的关系。

由于程序开启了多线程,这就存在有几个线程处理问题。那么,在我们手动关闭窗体的时候,有的线程处于等待状态,等待IO操作,并非在关闭的同时所有线程立即也关闭了,所以解决方法就是,设置一小段间隔时间保证所有线程已关闭。

在退出方法里面设定线程睡眠时间,保证退出按钮和关闭窗体不抛出此类异常。

    private void exit() throws InterruptedException {
        if (tcpClient!=null){
            tcpClient.send("bye");
            readThread.sleep(1000);//多线程等待,关闭窗口时还有线程等待IO,设置1s间隔保证所有线程已关闭
            tcpClient.close();
        }
        System.exit(0);
    }

四、客户端界面完整代码

/*
 *  TCPClientThreadFX.java
 * Copyright (c) 2020-10-25
 * author : Charzous
 * All right reserved.
 */

import javafx.application.Application;
import javafx.application.Platform;
import javafx.event.EventHandler;
import javafx.geometry.Insets;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.control.Label;
import javafx.scene.control.TextArea;
import javafx.scene.control.TextField;
import javafx.scene.input.KeyCode;
import javafx.scene.input.KeyEvent;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.HBox;
import javafx.scene.layout.Priority;
import javafx.scene.layout.VBox;
import javafx.stage.Stage;



public class TCPClientThreadFX extends Application {

    private Button btnExit=new Button("退出");
    private Button btnSend = new Button("发送");

    private TextField tfSend=new TextField();//输入信息区域

    private TextArea taDisplay=new TextArea();//显示区域
    private TextField ipAddress=new TextField();//填写ip地址
    private TextField tfport=new TextField();//填写端口
    private Button btConn=new Button("连接");
    private TCPClient tcpClient;
    private Thread readThread;

    public static void main(String[] args) {
        launch(args);
    }

    @Override
    public void start(Stage primaryStage) {
        BorderPane mainPane=new BorderPane();

        //连接服务器区域
        HBox hBox1=new HBox();
        hBox1.setSpacing(10);
        hBox1.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        hBox1.setAlignment(Pos.CENTER);
        hBox1.getChildren().addAll(new Label("ip地址:"),ipAddress,new Label("端口:"),tfport,btConn);
        mainPane.setTop(hBox1);

        VBox vBox=new VBox();
        vBox.setSpacing(10);

        vBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        vBox.getChildren().addAll(new javafx.scene.control.Label("信息显示区"),taDisplay,new Label("信息输入区"),tfSend);

        VBox.setVgrow(taDisplay, Priority.ALWAYS);
        mainPane.setCenter(vBox);



        HBox hBox=new HBox();
        hBox.setSpacing(10);
        hBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        hBox.setAlignment(Pos.CENTER_RIGHT);
        hBox.getChildren().addAll(btnSend,btnExit);
        mainPane.setBottom(hBox);

        Scene scene =new Scene(mainPane,700,500);
        primaryStage.setScene(scene);
        primaryStage.show();
        //连接按钮
        btConn.setOnAction(event -> {
            String ip=ipAddress.getText().trim();
            String port=tfport.getText().trim();

            try {
                //tcpClient是本程序定义的一个TCPClient类型的成员变量
                tcpClient = new TCPClient(ip, port);
                //用于接收服务器信息的单独线程
                readThread = new Thread(()->{
                    String receiveMsg=null;//从服务器接收一串字符
                    while ((receiveMsg=tcpClient.receive())!=null){
                        //lambda表达式不能直接访问外部非final类型局部变量,需要定义一个临时变量
                        //若将receiveMsg定义为类成员变量,则无需临时变量
                        String msgTemp = receiveMsg;
                        Platform.runLater(()->{
                            taDisplay.appendText(msgTemp+"\n");
                        });
                    }
                    Platform.runLater(()->{
                        taDisplay.appendText("对话已关闭!\n");
                    });
                });

                readThread.start();
                //连接服务器之后未结束服务前禁用再次连接
                btConn.setDisable(true);
                //重新连接服务器时启用输入发送功能
                tfSend.setDisable(false);
                btnSend.setDisable(false);
            }catch (Exception e){
                taDisplay.appendText("服务器连接失败!"+e.getMessage()+"\n");
            }
        });

//        btConn.defaultButtonProperty();

        //发送按钮事件
        btnSend.setOnAction(event -> {
            String msg=tfSend.getText();
            tcpClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
            taDisplay.appendText("客户端发送:"+msg+"\n");
            if (msg.equalsIgnoreCase("bye")){
                btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
                tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
                //结束服务后再次启用连接按钮
                btConn.setDisable(false);
            }
            tfSend.clear();
        });
        //对输入区域绑定键盘事件
        tfSend.setOnKeyPressed(new EventHandler<KeyEvent>() {
            @Override
            public void handle(KeyEvent event) {
               if(event.getCode()==KeyCode.ENTER){
                   String msg=tfSend.getText();
                   tcpClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
                   taDisplay.appendText("客户端发送:"+msg+"\n");

                   if (msg.equalsIgnoreCase("bye")){
                       tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
                       btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
                       //结束服务后再次启用连接按钮
                       btConn.setDisable(false);
                   }
                   tfSend.clear();
                }
            }
        });

        btnExit.setOnAction(event -> {
            try {
                exit();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        //窗体关闭响应的事件,点击右上角的×关闭,客户端也关闭
        primaryStage.setOnCloseRequest(event -> {
            try {
                exit();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }

    private void exit() throws InterruptedException {
        if (tcpClient!=null){
            tcpClient.send("bye");
            readThread.sleep(1000);//多线程等待,关闭窗口时还有线程等待IO,设置1s间隔保证所有线程已关闭
            tcpClient.close();
        }
        System.exit(0);
    }
}

 服务端和客户端的程序可以沿用上一篇的内容,这里不再贴出代码,详见这篇:基于TCP协议网络socket编程(java实现C/S通信)

五、多线程通信对比

那到底可以看出有什么不同呢,现在来验证一下,我们修改一下服务端返回信息的代码,在增加一行使服务器连续发送重复信息。

pw.println("来自服务器消息:"+msg);
pw.println("来自服务器,重复消息:"+msg);

之前单线程程序效果这样,当服务端也是“一发一收”状态,客户端“一发一收”,这没有问题

服务端增加一行使服务器连续发送重复信息,结果变成这样,明显出现错误,可以自行分析单线程与多消息的执行情况:

客户端界面实现多线程之后,解决问题!

最后

本篇详细记录实现java多线程通信,目标达到客户端可以一次接收服务器发送的多条信息,避免阻塞。将客户端接收信息功能独立为一个线程来完成,进一步完善TCP的Socket网络通信,解决单线程存在的问题,也是上一篇博客留下来的一个问题。

另外一个问题是什么呢?这里停留思考3秒!

……

……

……

就是:现在只能单用户与服务器正常通信,如果多用户情况下,比如开启多个客户端界面连接服务器,存在一个很大问题,服务器端只实现了单用户功能,那么,马上想到,举一反三,使用本篇多线程技术应用到服务器端,是否能够解决多用户的功能呢?要解决这个问题,等待更新下一篇!

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Java实现socket网络编程系列文章:

    基于UDP协议网络Socket编程(java实现C/S通信案例)[https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215] 基于TCP协议网络socket编程(java实现C/S通信)[https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215]

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