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Java 网络编程(二)—— TCP流套接字编程

27 人参与  2024年12月04日 16:01  分类 : 《随便一记》  评论

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TCP 和 UDP 的区别

在传输层,TCP 协议是有连接的,可靠传输,面向字节流,全双工
而UDP 协议是无连接的,不可靠传输,面向数据报,全双工

有连接和无连接的区别是在进行网络通信的时候,通信双方有没有保存对端的地址信息,即假设 A 和 B 进行通信,A 保存了 B 的地址信息,B 也保存了 A 的地址信息,此时双方都知道和谁建立了连接,这就是有连接的通信,在之前的 UDP 数据报套接字编程中就提到过 UDP 是无连接的,所以在发送数据报的时候要加上对端的信息,防止丢包。

可靠传输是通过各种手段来防止丢包的出现,而不可靠传输则没有做任何处理直接把数据报传输过去,但是可靠传输不意味着能 100% 把数据报完整无误地传输给对方,只是尽可能降低丢包发生的概率,并且可靠传输是要使用很多手段来保持的,所以付出的代价相比于不可靠传输要大。

面向字节流就是以字节为单位来进行数据的传输,面向数据报就是以数据报为单位进行数据的传输。

全双工就是通信的双发可以同时给对方发送数据,但是半双工是指双方只有一方可以发送数据。

TCP流套接字 API 介绍

ServerSocket

ServerSocket 是TCP服务端Socket 的API

构造方法:

方法名说明
ServerSocket(int port)创建一个TCP服务端流套接字Socket,并绑定端口号

ServerSocket 方法:

方法名返回值说明
accept()Socket开始监听指定端口(创建时绑定的端口),有客户端连接后,返回一个服务端Socket 对象,并基于该Socket 建立于客户端的连接,否则阻塞等待
close()void关闭此套接字

Socket

Socket 是客户端Socket 或者是 服务端那边收到客户端建立连接的请求(通过 accept() 方法)返回的Socket 对象。

不管是客户端还是服务端的Socket 对象,他们都保留了对端的地址信息,这也是TCP协议有连接的体现。

Socket 构造方法:

方法名说明
Socket(String host, int port)创建一个客户端流套接字Socket,并于对应IP 的主机对应的端口的进程建立连接

Socket 方法:

方法名返回值说明
getInetAddress()InetAddress返回套接字所连接的地址
getInputStream()InputStream返回此套接字的输入流
getOutputStream()OutputStream返回此套接字的输出流

回显服务器

首先在回显服务器的构造方法里初始化我们的ServerSocket

    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {        serverSocket = new ServerSocket(port);    }

然后就是服务器启动运行的代码了:在面对多个客户端的时候,我们可以使用线程池来进行处理。
这里使用Executors.newCachedThreadPool()是不固定线程的个数的线程池,这样可以灵活地处理多个客户端的请求。

    public void start() throws IOException {        System.out.println("服务器启动...");        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();        while(true) {            //与客户端建立连接            Socket clientSocket = serverSocket.accept();            //处理客户端发出的多个请求            executorService.submit(() -> {                try {                    processClient(clientSocket);                } catch (IOException e) {                    throw new RuntimeException(e);                }            });        }    }

处理请求

我们通过了一个方法processClient来封装了处理请求的逻辑

如何进行数据的获取和写入操作?
可以通过输入流和输出流来处理getInputStreamgetOutputStream

try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();   OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) 

为了更加方便地使用这两个流对象,我们进行了进一步的封装:

//对输入流和输出流进行进一步的封装,方便我们的使用Scanner scanner = new Scanner(inputStream);PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);

由于客户端可能发来的不止一个请求,我们可以使用循环来处理一下,在循环体中,我们处理请求有三个步骤,首先获取请求解析请求,然后计算响应,最后发送响应

            while(true) {                if(!scanner.hasNext()) {                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());                    break;                }                //解析请求                String request = scanner.next();                //计算响应                String response = process(request);                //发送响应                writer.println(response);                //因为此时的响应数据还在缓存区里,所以需要使用 flush 来将内存的数据发送出去                writer.flush();                System.out.printf("[%s:%d] request:%s response:%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),                        request,response);            }

由于这里是回显服务器,所以计算响应的代码是直接返回字符串就可以了

    private String process(String request) {        return request;    }

最后当客户端没有请求的时候,我们需要断开此次连接,释放资源,避免资源的泄漏

 finally {            //当请求处理完的时候记得关闭服务器与客户端的连接,防止资源泄漏            clientSocket.close();        }

最终代码

import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.PrintWriter;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import java.util.Scanner;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class TcpEchoServer {    private ServerSocket serverSocket;    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {        serverSocket = new ServerSocket(port);    }    public void start() throws IOException {        System.out.println("服务器启动...");        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();        while(true) {            //与客户端建立连接            Socket clientSocket = serverSocket.accept();            //处理客户端发出的多个请求            executorService.submit(() -> {                try {                    processClient(clientSocket);                } catch (IOException e) {                    throw new RuntimeException(e);                }            });        }    }    private void processClient(Socket clientSocket) throws IOException {        //获取输入流和输出流        try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {            System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());            //对输入流和输出流进行进一步的封装,方便我们的使用            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);            while(true) {                if(!scanner.hasNext()) {                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());                    break;                }                //解析请求                String request = scanner.next();                //计算响应                String response = process(request);                //发送响应                writer.println(response);                //因为此时的响应数据还在缓存区里,所以需要使用 flush 来将内存的数据发送出去                writer.flush();                System.out.printf("[%s:%d] request:%s response:%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),                        request,response);            }        } catch (IOException e) {            throw new RuntimeException(e);        } finally {            //当请求处理完的时候记得关闭服务器与客户端的连接,防止资源泄漏            clientSocket.close();        }    }    private String process(String request) {        return request;    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);        server.start();    }}

客户端

首先在客户端构造方法建立于服务器的连接:

    public TcpEchoClient(String serverIP, int port) throws IOException {        //与服务器建立连接        socket = new Socket(serverIP,port);    }

运行逻辑

首先用户从控制台输入数据,然后发送请求,接着等待服务器的响应并接收响应然后打印响应的内容即可。

    public void start() {        try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {            //对输入流和输出流进行进一步的封装            Scanner scanner = new Scanner(System.in);            Scanner scanner2 = new Scanner(inputStream);            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);            while(true) {                //发送多个请求和接收多个响应                if(!scanner.hasNext()) {                    break;                }                //发送请求                String request = scanner.next();                writer.println(request);                writer.flush();                //接收响应                String response = scanner2.next();                System.out.println(response);            }        } catch (IOException e) {            throw new RuntimeException(e);        }    }

这里要注意用户通过控制台输入数据,我们要使用的是Scanner(System.in)
当我们要发送数据的时候是使用 Socket 的 getOutputStream 方法来获取对应的输出流对象,为了便于使用所以我们又使用 PrintWriter 来进一步封装输出流,来打印响应
在发送请求的时候我们需要使用 Socket 的 getInputStream 方法来获得输入流对象,为了方便使用,所以使用Scanner(inputStream)进一步封装。

最终代码

import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.PrintWriter;import java.net.Socket;import java.util.Scanner;public class TcpEchoClient {    private Socket socket;    public TcpEchoClient(String serverIP, int port) throws IOException {        //与服务器建立连接        socket = new Socket(serverIP,port);    }    public void start() {        try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {            //对输入流和输出流进行进一步的封装            Scanner scanner = new Scanner(System.in);            Scanner scanner2 = new Scanner(inputStream);            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);            while(true) {                //发送多个请求和接收多个响应                if(!scanner.hasNext()) {                    break;                }                //发送请求                String request = scanner.next();                writer.println(request);                writer.flush();                //接收响应                String response = scanner2.next();                System.out.println(response);            }        } catch (IOException e) {            throw new RuntimeException(e);        }    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);        client.start();    }}

细节说明

在我们使用PrintWriter 的 writer.println(xxx)之后,我们的数据其实还保留在缓存区中,也就是还没发出去,我们需要通过flush() 方法来刷新缓存区的数据,才能将数据真正发送到对端去。


我们不可以使用writer.print这种没有自动添加换行符的方法,因为我们在接收数据的时候,使用的是Scanner 的 next()方法,next() 是要接收到空白符(包括换行符,制表符,翻页符…)才停止接收的,如果你使用 print 来发送数据,这时候的数据是没有带任何空白符的,那么就不会停止接收数据而是继续等待空白符的到来,这时候服务器就无法处理客户端的请求:如下图:

服务器就阻塞在 下图标红的代码里:
在这里插入图片描述

客户端被阻塞在接收响应的代码里:
在这里插入图片描述


你在客户端的控制台输入的回车不算进数据的换行符里,控制台输入的回车时,只是将数据交给了客户端程序,并不会自动将这些数据转换为网络流中的换行符。

换一句话说,控制台的回车只是结束你在控制台的输入,并不会自动在数据末尾加上换行符

效果展示

在这里插入图片描述
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