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Windows 下 C++ 多线程 TCP 服务器 Demo —— 支持并发处理多个客户端

news 2026/8/3 11:17:03

大家好，今天给大家分享一个在 Windows 环境下用 C++ 实现的多线程 TCP 服务器 Demo。在之前的单线程版本中，服务端一次只能处理一个客户端，处理完才能接受下一个连接，这在实际应用中显然不够用。本次我们在原有基础上引入了多线程技术，让服务器能够同时为多个客户端提供服务，真正实现并发通信。代码同样从零上手即可跑通，非常适合入门网络编程和多线程编程的小伙伴参考。

一、为什么需要多线程？

TCP 服务器通常需要同时处理多个客户端的请求。如果使用单线程模型，主线程在 accept 一个连接后，必须完成该客户端的所有收发操作才能返回去接受下一个连接，这会导致其他客户端长时间等待。通过多线程，我们可以为每一个新接入的客户端创建一个独立的工作线程，主线程只负责快速接受连接并分发任务，从而极大提升服务器的并发处理能力。
本 Demo 还引入了原子操作（std::atomic）来安全地统计当前在线客户端数量，并设置了最大并发连接数（5 个），超过则拒绝新连接。

二、开发环境说明

  • 操作系统：Windows

  • 开发工具：VSCode

  • 编程语言：C++（使用 C++11 标准）

  • 构建工具：CMake

  • 编译器：MinGW 64 位 g++ 8.1.0 或更高版本（需支持 C++11 及<thread>库）

三、新增关键函数与概念说明

本次多线程实现用到了一些 C++ 标准库的新特性，简要介绍如下：

概念 / 函数说明
std::threadC++11 提供的线程类，用于创建和管理线程。
std::thread::detach()将线程与主线程分离，使其在后台独立运行，主线程不再等待它结束。
std::thread::detach()将线程与主线程分离，使其在后台独立运行，主线程不再等待它结束。
std::this_thread::get_id()获取当前线程的唯一 ID，用于日志输出，方便调试。
std::atomic原子整型，保证多线程环境下对变量的增减操作是线程安全的，无需额外加锁。
std::atomic::operator++ / operator–原子地自增或自减。
SOMAXCONNWindows 中 listen 的 backlog 参数，表示监听队列的最大长度，一般取系统允许的最大值。

此外，Winsock 的 API 依然沿用之前的版本，如socket、bind、listen、accept、send、recv、closesocket等，用法不变。

四、代码分步解析

4.1多线程服务端server.cpp

首先引入必要的头文件。除了 Winsock 和标准输入输出外，我们新增了<thread>、<atomic>用于多线程支持：

#include<thread>#include<iostream>#include<cstring>#include<atomic>#include<winsock2.h>

接着定义最大并发客户端数量（这里设为 5），并声明一个原子计数器clientCount，用于记录当前已连接的客户端数：

#defineMAX_CLIENTS5std::atomic<int>clientCount(0);// 当前客户端数量（线程安全）

客户端处理函数handleClient
这个函数将作为线程的入口函数，每个客户端连接都会创建一个独立线程来执行它。参数是客户端套接字和客户端地址结构体。

voidhandleClient(SOCKET clientSock,SOCKADDR_IN clientaddr){charbuf[1024];// 打印客户端信息，并显示当前线程 IDstd::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"客户端端口:"<<ntohs(clientaddr.sin_port)<<" 已连接"<<std::endl;while(true){// 接收数据（阻塞）intrecvRet=recv(clientSock,buf,sizeof(buf),0);if(recvRet<=0){if(recvRet==0)std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"客户端主动断开连接"<<std::endl;elsestd::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"接收失败"<<std::endl;break;}std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"接收来自客户端的信息: "<<buf<<std::endl;// 回显数据给客户端if(send(clientSock,buf,strlen(buf),0)<=0){std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"发送失败"<<std::endl;break;}}// 关闭客户端套接字并减少计数closesocket(clientSock);clientCount--;// 原子递减std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"客户端断开，当前在线数: "<<clientCount<<std::endl;}

重点说明：

  • 每个线程都会打印自己的thread::id，方便我们观察哪个线程在处理哪个客户端。
  • 使用std::atomic确保clientCount的增减是原子操作，不会出现数据竞争。

主函数main

WSADATA wsa;WSAStartup(MAKEWORD(2,0),&wsa);SOCKET serversoc=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(serversoc==INVALID_SOCKET){/* 错误处理 */}SOCKADDR_IN serveraddr;serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_port=htons(9102);serveraddr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("192.168.31.86");if(bind(serversoc,(SOCKADDR*)&serveraddr,sizeof(SOCKADDR_IN))!=0){/* 错误处理 */}if(listen(serversoc,SOMAXCONN)!=0){/* 错误处理 */}std::cout<<"服务器启动，最大并发连接数: "<<MAX_CLIENTS<<std::endl;

接下来进入主循环，不断调用 accept 接受新连接：

while(true){SOCKADDR_IN clientaddr;intlen=sizeof(clientaddr);SOCKET clientsoc=accept(serversoc,(SOCKADDR*)&clientaddr,&len);if(clientsoc==INVALID_SOCKET){std::cout<<"accept 失败，退出主循环"<<std::endl;break;}// 判断是否达到最大连接数if(clientCount.load()<MAX_CLIENTS){clientCount++;// 原子增加// 创建工作线程，detach 使其独立运行std::thread(handleClient,clientsoc,clientaddr).detach();}else{// 拒绝连接并发送提示constchar*msg="服务器当前繁忙，请稍后再试。\n";send(clientsoc,msg,strlen(msg),0);closesocket(clientsoc);std::cout<<"拒绝连接（已达到最大并发数）"<<std::endl;}}

重要细节：

  • clientCount.load()原子地读取当前值，判断是否还可以接受新连接。

  • 若未达上限，则clientCount++（原子自增），然后创建std::thread对象并立即调用detach()，让线程在后台运行。

  • 若已达上限，则向客户端发送“繁忙”消息后关闭套接字，不创建线程。

最后，主循环退出时（通常不会发生，除非accept 失败）释放服务器套接字并清理Winsock：

closesocket(serversoc);WSACleanup();return0;

4.2 客户端client.cpp（支持循环交互）

客户端代码也做了增强，现在支持用户多次输入并接收服务器回显，输入quit可主动断开连接。大部分内容与之前相同，这里只贴出循环部分：

while(true){// 输入消息发送给服务端std::cout<<"请输入发送给服务器的字符（输入 quit 退出）："<<std::endl;std::cin>>buf;// 检查是否要主动断开if(strcmp(buf,"quit")==0){std::cout<<"主动断开连接"<<std::endl;break;}// 发送消息if(send(clientsocket,buf,strlen(buf),0)<=0){std::cout<<"发送失败！"<<std::endl;break;}// 接收服务器回复（阻塞）intrecvRet=recv(clientsocket,buf,sizeof(buf)-1,0);if(recvRet<=0){std::cout<<"接收失败或服务器断开连接！"<<std::endl;break;}std::cout<<"服务器回复："<<buf<<std::endl;}

4.3 CMake 构建配置CMakeLists.txt

CMake 配置需要指定 C++ 标准为 C++11（因为使用了<thread>和<atomic>），同时链接ws2_32库。如果你使用的是 MinGW，std::thread可能需要链接pthread库（某些 MinGW 版本默认依赖），因此我们也在服务端链接了pthread：

cmake_minimum_required(VERSION3.10)set(CMAKE_CXX_COMPILER"D:/mingw64/x86_64-16.1.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v14-rev1/mingw64/bin/g++.exe")project(TcpDemo)set(CMAKE_CXX_STANDARD11)set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)add_executable(server server.cpp)if(WIN32)target_link_libraries(server ws2_32 pthread)# pthread 可能被 std::thread 依赖endif()add_executable(client client.cpp)if(WIN32)target_link_libraries(client ws2_32)endif()

五、直接使用 g++ 命令行编译的方法

如果你不想使用 CMake，也可以直接在命令行下分别编译服务端和客户端。记得启用 C++11 标准并链接必要的库：
编译服务端（多线程）：

g++-std=c++11 server.cpp-oserver.exe-lws2_32-lpthread

编译客户端

g++-std=c++11 client.cpp-oclient.exe-lws2_32

六、完整代码如下：

server.cpp

#include<thread>#include<iostream>#include<cstring>#include<atomic>#include<winsock2.h>#defineMAX_CLIENTS5std::atomic<int>clientCount(0);//当前客户端数量（线程安全）voidhandleClient(SOCKET clientSock,SOCKADDR_IN clientaddr){charbuf[1024];//打印客户端信息（+打印服务器端线程ID）std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"客户端端口:"<<ntohs(clientaddr.sin_port)<<" 已连接"<<std::endl;while(true){//接收数据、阻塞等待intrecvRet=recv(clientSock,buf,sizeof(buf),0);if(recvRet<=0){if(recvRet==0){std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"客户端主动断开连接"<<std::endl;}else{std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"接收失败"<<std::endl;}break;}std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"接收来自客户端的信息: "<<buf<<std::endl;//发送数据(回显)if(send(clientSock,buf,strlen(buf),0)<=0){std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"发送失败"<<std::endl;break;}}// 关闭客户端套接字并减少计数closesocket(clientSock);clientCount--;std::cout<<"[Thread "<<std::this_thread::get_id()<<"] "<<"客户端断开，当前在线数: "<<clientCount<<std::endl;}intmain(){WSADATA wsa;WSAStartup(MAKEWORD(2,0),&wsa);//创建套接字SOCKET serversoc=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(serversoc==INVALID_SOCKET){std::cout<<"套接字socket创建失败"<<std::endl;WSACleanup();return-1;}SOCKADDR_IN serveraddr;//定义服务器自身的 IP + 端口信息serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_port=htons(9102);serveraddr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("192.168.31.86");//绑定套接字if(bind(serversoc,(SOCKADDR*)&serveraddr,sizeof(SOCKADDR_IN))!=0){std::cout<<"套接字socket绑定失败"<<std::endl;closesocket(serversoc);// 绑定失败，释放服务端socketWSACleanup();return-1;}std::cout<<"开始监听..."<<std::endl;if(listen(serversoc,SOMAXCONN)!=0){std::cout<<"监听失败"<<std::endl;closesocket(serversoc);WSACleanup();return-1;}std::cout<<"服务器启动，最大并发连接数: "<<MAX_CLIENTS<<std::endl;// 主循环：接受连接while(true){SOCKADDR_IN clientaddr;intlen=sizeof(clientaddr);SOCKET clientsoc=accept(serversoc,(SOCKADDR*)&clientaddr,&len);if(clientsoc==INVALID_SOCKET){std::cout<<"accept 失败，退出主循环"<<std::endl;break;}// 判断是否达到最大连接数if(clientCount<MAX_CLIENTS){clientCount++;// 增加计数// 创建工作线程，detach 使其独立运行std::thread(handleClient,clientsoc,clientaddr).detach();}else{// 拒绝连接constchar*msg="服务器当前繁忙，请稍后再试。\n";send(clientsoc,msg,strlen(msg),0);closesocket(clientsoc);std::cout<<"拒绝连接（已达到最大并发数）"<<std::endl;}}// 主循环退出时释放服务器套接字(实际不会执行到这里)closesocket(serversoc);WSACleanup();return0;}

client.cpp

#include<winsock2.h>#include<iostream>#include<cstring>// strlenintmain(){SOCKET clientsocket;SOCKADDR_IN serveraddr;charbuf[1024];WSADATA wsa;WSAStartup(MAKEWORD(2,0),&wsa);// 创建客户端套接字if((clientsocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))<=0){std::cout<<"套接字socket创建失败"<<std::endl;WSACleanup();return-1;}// 配置要连接的服务端地址serveraddr.sin_family=AF_INET;serveraddr.sin_port=htons(9102);serveraddr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("192.168.31.86");std::cout<<"请求连接服务端..."<<std::endl;if(connect(clientsocket,(SOCKADDR*)&serveraddr,sizeof(SOCKADDR_IN))!=0){std::cout<<"连接失败！"<<std::endl;closesocket(clientsocket);// 连接失败，释放套接字WSACleanup();return-1;}std::cout<<"连接服务端成功！"<<std::endl;while(true){// 输入消息发送给服务端std::cout<<"请输入发送给服务器的字符（输入 quit 退出）："<<std::endl;std::cin>>buf;// 检查是否要主动断开if(strcmp(buf,"quit")==0){std::cout<<"主动断开连接"<<std::endl;break;// 退出循环，随后关闭套接字}// 发送消息if(send(clientsocket,buf,strlen(buf),0)<=0){std::cout<<"发送失败！"<<std::endl;break;}// 接收服务器回复（阻塞）intrecvRet=recv(clientsocket,buf,sizeof(buf)-1,0);if(recvRet<=0){std::cout<<"接收失败或服务器断开连接！"<<std::endl;break;}std::cout<<"服务器回复："<<buf<<std::endl;}// 程序正常退出，释放资源closesocket(clientsocket);WSACleanup();std::cout<<"客户端正常退出"<<std::endl;return0;}

七、运行效果

  1. 启动服务器server.exe
  2. 启动客户端1client.exe
  3. 启动客户端1后，服务器端响应
  4. 启动客户端2client.exe及 服务器端响应

  5. 客服端1发送字符串：abcd

  6. 客户端2发送字符串：12345

  7. 客户端相继主动断开

    希望这篇博客能帮助你快速上手 Windows 下的多线程网络编程。
http://www.jsqmd.com/news/1319567/

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