一文搞懂如何使用Node.js进行TCP网络通信

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    摘要： 网络是通信互联的基础，Node.js提供了net、http、dgram等模块，分别用来实现TCP、HTTP、UDP的通信，本文主要对使用Node.js的TCP通信部份进行实践记录。

    本文分享自华为云社区《一文搞懂如何使用Node.js进行TCP网络通信》，作者：lwq1228 。

    1、构建TCP服务器

    1.1、使用Node.js创建TCP服务器

    为了使用Node.js创建TCP服务器，首先要调用require(‘net’)来加载net模块，然后调用net模块的createServer方法就可以轻松地创建一个TCP服务器，语法格式如下：

    net.createServer([options][, connectionListener])

options是一个对象参数值，有两个布尔类型的属性allowHalfOpen和pauseOnConnect。这两个属性默认都是false；
connectionListener是一个当客户端与服务端建立连接时的回调函数，这个回调函数以socket端口对象作为参数。

    1.2、监听客户端的连接

    使用TCP服务器的listen方法就可以开始监听客户端的连接，语法格式如下：

    server.listen(port[, host][, backlog][, callback]);

port：为需要监听的端口号，参数值为0的时候将随机分配一个端口号；
host：服务器地址；
backlog：连接等待队列的最大长度；
callback：回调函数。

    以下代码可以创建一个TCP服务器并监听8001端口：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP服务器
const server = net.createServer(function (socket) {
    console.log('有新的客户端接入');
});
//设置监听端口
server.listen(8001, function () {
    console.log('服务正在监听中。。。')
});

    运行这段代码，可以在控制台看到执行了listen方法的回调函数，如图所示：
    image.png

    可以使用相应的TCP客户端或者调试工具来连接这个已经创建好的TCP服务器。例如，要使用Windows的Telnet就可以用以下命令来连接：

    telnet localhost 8001
    连接成功后可以看到控制台打印了“有新的客户端接入”字样，表明createServer方法的回调函数已经执行，说明已经成功连接到这个创建好的TCP服务器。
    image.png

    server.listen()方法其实触发的是server下的listening事件，所以也可以手动监听listening事件，代码如下：

    //设置监听端口
server.listen(8001);
//设置监听时的回调函数
server.on('listening', function () {
    console.log("服务正在监听中。。。")
});

    除了listening事件外，TCP服务器还支持以下事件：

    connection：当有新的链接创建时触发，回调函数的参数为socket连接对象。
close：TCP服务器关闭的时候触发，回调函数没有参数。
error：TCP服务器发生错误的时候触发，回调函数的参数为error对象。

    下列代码通过net.Server类来创建一个TCP服务器，添加以上事件：

    //引入net模块
const net = require('net');
//实例化一个服务器对象
const server = new net.Server();
//监听connection事件
server.on('connection', function (socket) {
    console.log('有新的客户端接入');
});
//设置监听端口
server.listen(8001);
//设置监听时的回调函数
server.on('listening', function () {
    console.log('服务正在监听中。。。');
});
//设置关闭时的回调函数
server.on('close', function () {
    console.log('服务已关闭');
});
//设置出错时的回调函数
server.on('error', function (err) {
    console.log('服务运行异常', err);
});

    1.3、查看服务器监听的地址

    当创建了一个TCP服务器后，可以通过server.address()方法来查看这个TCP服务器监听的地址，并返回一个JSON对象，因为这个方法返回的是TCP服务器监听的地址信息，所以应该在调用了server.listen()方法或者绑定了事件listening中的回调函数中调用该方法。这个对象的属性有：

    port：TCP服务器监听的端口号；
family：说明TCP服务器监听的地址是IPv6还是IPv4；
address：TCP服务器监听的地址。

    代码如下：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP服务器
const server = net.createServer(function (socket) {
    console.log('有新的客户端接入');
});
//设置监听端口
server.listen(8001);
//设置监听时的回调函数
server.on('listening', function () {
    //获取地址信息
    let address = server.address();
    //获取地址详细信息
    console.log("服务器监听的端口是：" + address.port);
    console.log("服务器监听的地址是：" + address.address);
    console.log("服务器监听的地址类型是：" + address.family);
});

    运行结果如图：
    image.png

    1.4、连接服务器的客户端数量

    创建一个TCP服务器后，可以通过server.getConnections()方法获取连接这个TCP服务器的客户端数量。这个方法是一个异步的方法，回调函数有两个参数：

    `第一个参数为error对象。
    第二个参数为连接TCP服务器的客户端数量。`
    除了获取连接数外，也可以通过设置TCP服务器的maxConnections属性来设置这个TCP服务器的最大连接数。当连接数超过最大连接数的时候，服务器将拒绝新的连接。如下代码设置这个TCP服务器的最大连接数为3。

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP服务器
const server = net.createServer(function (socket) {
    console.log('有新的客户端接入');
    //设置最大连接数量
    server.maxConnections = 3;
    server.getConnections(function (err, count) {
        console.log("当前连接的客户端个数为：" + count);
    });
});
//设置监听端口
server.listen(8001, function () {
    console.log("服务正在监听中。。。")
});

    运行这段代码，并尝试用多个客户端连接。可以发现当客户端连接数超过3的时候，新的客户端就无法连接这个服务器了，如图所示：
    image.png

    1.5、获取客户端发送的数据

    createServer方法的回调函数参数是一个net.Socket对象（服务器所监听的端口对象），这个对象同样也有一个address()方法，用来获取TCP服务器绑定的地址，同样也是返回一个含有port、family、address属性的对象。通过socket对象可以获取客户端发送的流数据，每次接收到数据的时候触发data事件，通过监听这个事件就可以在回调函数中获取客户端发送的数据，代码如下：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP服务器
const server = net.createServer(function (socket) {
    //监听data事件
    socket.on("data", function (data) {
        //打印数据
        console.log("接收到数据：" + data.toString());
    });
});
//设置监听端口
server.listen(8001, function () {
    console.log("服务正在监听中。。。")
});

    测试结果如下：
    image.png

    socket对象除了有data事件外，还有connect、end、error、timeout等事件。

    1.6、发送数据给客户端

    调用socket.write()可以使TCP服务器发送数据，这个方法只有一个必需参数，就是需要发送的数据；第二个参数为编码格式，可选。同时，可以为这个方法设置一个回调函数。当有用户连接TCP服务器的时候，将发送数据给客户端，代码如下：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP服务器
const server = net.createServer(function (socket) {
    //设置消息内容
    const message = "Hello Client......";
    //发送数据
    socket.write(message, function () {
        const writeSize = socket.bytesWritten;
        console.log("数据发送成功，数据长度为：" + writeSize);
    });

    //监听data事件
    socket.on("data", function (data) {
        const readSize = socket.bytesRead;
        //打印数据
        console.log("接收到数据为：" + data.toString(), "；接收的数据长度为：" + readSize);
    });
});
//设置监听端口
server.listen(8001, function () {
    console.log("服务正在监听中。。。")
});

    测试结果如下：
    image.png

    在上面这段代码中还用到了socket对象的bytesWritten和bytesRead属性，这两个属性分别代表着发送数据的字节数和接收数据的字节数。除了上面这两个属性外，socket对象还有以下属性：

    socket.localPort：本地端口的地址;
socket.localAddress：本地IP地址;
socket.remotePort：进程端口地址;
socket.remoteFamily：进程IP协议族;
socket.remoteAddress：进程IP地址。

    2、构建TCP客户端

    Node.js在创建一个TCP客户端的时候同样使用的是net（网络）模块。

    2.1、使用Node.js创建TCP客户端

    为了使用Node.js创建TCP客户端，首先要调用require(‘net’)来加载net模块。创建一个TCP客户端只需要创建一个连接TCP客户端的socket对象即可：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP客户端
const client = new net.Socket();

    创建一个socket对象的时候可以传入一个json对象。这个对象有以下属性：

    fd：指定一个存在的文件描述符，默认值为null；
readable：是否允许在这个socket上读，默认值为false；
writeable：是否允许在这个socket上写，默认值为false；
allowHalfOpen：该属性为false时，TCP服务器接收到客户端发送的一个FIN包后，将会回发一个FIN包；该属性为true时，TCP服务器接收到客户端发送的一个FIN包后不会回发FIN包。

    2.2、连接TCP服务器

    创建了一个socket对象后，调用socket对象的connect()方法就可以连接一个TCP服务器，代码如下：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP客户端
const client = new net.Socket();
//设置连接的服务器
client.connect(8001, '127.0.0.1', function () {
    console.log("连接服务器成功");
});

    连接成功如下图所示：
    image.png

    2.3、获取从TCP服务器发送的数据

    socket对象有data、error、close、end等事件，因可以通过监听data事件来获取从TCP服务器发送的数据，代码如下：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP客户端
const client = new net.Socket();
//设置连接的服务器
client.connect(8001, '127.0.0.1', function () {
    console.log("连接服务器成功");
});
//监听data事件
client.on("data", function (data) {
    //打印数据
    console.log("接收到数据为：" + data.toString());
});

    先启动TCP服务端，再运行上面客户端，可以发现命令行中已经输出了来自服务端的数据，说明此时已经实现了服务端和客户端之间的通信：
    image.png

    2.4、向TCP服务器发送数据

    因为TCP客户端是一个socket对象，所以可以使用以下代码来向TCP服务器发送数据：

    //引入net模块
const net = require('net');
//创建TCP客户端
const client = new net.Socket();
//设置连接的服务器
client.connect(8001, '127.0.0.1', function () {
    console.log("连接服务器成功");
    //给服务端发送数据
    client.write("Hello Server......");
});
//监听data事件
client.on("data", function (data) {
    //打印数据
    console.log("接收到数据为：" + data.toString());
});
//监听end事件
client.on("end", function () {
    console.log("客户端发送数据结束")
});

    客户端控制台输出：
    image.png

    服务端控制台输出：
    image.png

    至此使用Node.js进行TCP网络通信完成，如有不对的地方欢迎指正

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