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getInputStream
和getOutputStream
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:
客户端被阻塞在接收响应的代码里:
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
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