Java TCP编程之Scoket

时间:2022-11-07 OlaiolaiO 人气:0

一、什么是Scoket

Socket 是一个抽象概念，一个应用程序通过一个 Socket 来建立一个远程连接，而 Socket 内部通过 TCP/IP 协议把数据传输到网络。

┌───────────┐ ┌───────────┐
│Application│ │Application│
├───────────┤ ├───────────┤
│ Socket │ │ Socket │
├───────────┤ ├───────────┤
│ TCP │ │ TCP │
├───────────┤ ┌──────┐ ┌──────┐ ├───────────┤
│ IP │<────>│Router│<─────>│Router│<────>│ IP │
└───────────┘ └──────┘ └──────┘ └───────────┘

Socket 、 TCP 和部分 IP 的功能都是由操作系统提供的，不同的编程语言只是提供了对操作系统调用的简单的封装。例如， Java 提供的几个 Socket 相关的类就封装了操作系统提供的接口： Server Socket 类、 Socket 类。

为什么需要 Socket 进行网络通信？因为仅仅通过 IP 地址进行通信是不够的，同一台计算机同一时间会运行多个网络应用程序，例如浏览器、QQ、邮件客户端等。当操作系统接收到一个数据包的时候，如果只有 IP 地址，它没法判断应该发给哪个应用程序，所以，操作系统抽象出 Socket 接口，每个应用程序需要各自对应到不同的 S ocket ，数据包才能根据 Socket 正确地发到对应的应用程序。

一个 Socket 就是由IP地址和端口号（范围是0～65535）组成，可以把 Socket 简单理解为 IP 地址加端口号。端口号总是由操作系统分配，它是一个 0 ～ 65535 之间的数字，其中，小于 1024 的端口属于特权端口，需要管理员权限，大于 1024 的端口可以由任意用户的应用程序打开。

使用 Socket 进行网络编程时，本质上就是两个进程之间的网络通信。其中一个进程必须充当服务器端，它会主动监听某个指定的端口，另一个进程必须充当客户端，它必须主动连接服务器的 IP 地址和指定端口，如果连接成功，服务器端和客户端就成功地建立了一个 TCP 连接，双方后续就可以随时发送和接收数据。

当 Socket 连接成功地在服务器端和客户端之间建立后：

对服务器端来说，它的 Socket 是指定的 IP 地址和指定的端口号；
对客户端来说，它的 Socket 是它所在计算机的 IP 地址和一个由操作系统分配的随机端口号。

二、服务器端

package com.ljl.tcp.demo2;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.Writer;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ChatServer {
	public static void main(String[] args) {
		Map<String, String> chatMap = new HashMap<String, String>(){
			{
				put("你好", "你好呀");
				put("hi", "hi~");
				put("hello", "哈喽");
				put("吃了吗", "没呢，你呢");
				put("孤勇者", "爱你孤身走暗巷");
				put("有请潘周聃", "潘周聃，今年29岁，苏黎世理工大学.....");
				put("很高兴认识你", "我也是哦");
			}
		};
		try (ServerSocket server = new ServerSocket(9966)) {
			while(true) {
			//客户端连接
			Socket client = server.accept();
			//获取客户端IP地址
			String clientIP = client.getInetAddress().getHostAddress();
			try(
			BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
			BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()));){	
			//获取客户端提问
			String question = reader.readLine();
			System.out.println("服务器来自客户端"+clientIP+"的提问："+question);
			//获取问题答案
			String answer = chatMap.get(question);
			answer = answer == null?"我不知道你在说啥":answer;
			//发送答案至客户端
			writer.write(answer);
			}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

三、客户端

package com.ljl.tcp.demo2;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class ChatClient {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner input = new Scanner(System.in);
		while(true) {
		try (//创建Socket
		 Socket client = new Socket("192.168.254.163",9966);
			BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()));	
			BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
			){
			//获取控制台的输入问题
			String question = input.nextLine();
			if(question.equals("退下")) {
				break;
			}
			//发送问题至服务器
			writer.write(question);
			writer.flush();
			//暂时结束本次输入
			client.shutdownOutput();
			//获取来自服务器的答案
			String answer = reader.readLine();
			System.out.println("服务器回答："+answer);
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		}
		System.out.println("over");
	}
}

四、Socket流

当 Socket 连接创建成功后，无论是服务器端，还是客户端，我们都使用 Socket 实例进行网络通信。因为 T CP 是一种基于流的协议，因此， Java 标准库使用 InputStream 和 OutputStream 来封装 Socket 的数据流，这样我们使用 Socket 的流，和普通 IO 流类似：

// 用于读取网络数据:
InputStream in = sock.getInputStream();
// 用于写入网络数据:
OutputStream out = sock.getOutputStream();

写入网络数据时，必须要调用 flush() 方法。如果不调用 flush() ，我们很可能会发现，客户端和服务器都收不到数据，这并不是 Java 标准库的设计问题，而是我们以流的形式写入数据的时候，并不是一写入就立刻发送到网络，而是先写入内存缓冲区，直到缓冲区满了以后，才会一次性真正发送到网络，这样设计的目的是为了提高传输效率。如果缓冲区的数据很少，而我们又想强制把这些数据发送到网络，就必须调用 flush() 强制把缓冲区数据发送出去。

五、总结

使用Java进行TCP编程时，需要使用 Socket 模型：

服务器端用 ServerSocket 监听指定端口；
客户端使用 Socket(InetAddress, port) 连接服务器；
服务器端用 accept() 接收连接并返回 Socket 实例；
双方通过 Socket 打开 InputStream / OutputStream 读写数据；
服务器端通常使用多线程同时处理多个客户端连接，利用线程池可大幅提升效率；
flush() 方法用于强制输出缓冲区到网络。

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