【Javaee】网络编程-TCP Socket

news2024/10/21 5:39:24

前言

前文中我们介绍了UDP Socket相关的构造方法和方法，并实现了UDP的回显服务器和客户端。

本篇将介绍TCP Socket，并使用TCP Socket api实现服务器和客户端的通信

一.TCP Socket的常见方法

1.ServerSocket

ServerSocket是创建TCP服务端Socket的API

1)ServerSocket构造方法

方法签名方法说明
ServerSocket(int port)创建⼀个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端⼝

2）ServerSocket方法

方法签名方法说明
Socket accept()开始监听指定端⼝（创建时绑定的端⼝），有客⼾端连接后，返回⼀个服务端Socket对象，并基于该 Socket建⽴与客⼾端的连接，否则阻塞等待
void close()

关闭此套接字

TCP建立连接的流程是操作系统内核完成的，代码感知不到，accept（）操作是内核已经完成了连接建立的操作，accept（）是确定对该连接进行处理（确认操作）。

如果没有客户端请求，则会阻塞。

accept会返回一个Socket对象，服务器每调用一次accept都会产生一个新的Socket对象，来和客户端进行“一对一服务”。

2.Socket

Socket 是客⼾端Socket，或是服务端中接收到客⼾端建⽴连接（accept⽅法）的请求后，返回的服务端Socket。

不管是客⼾端还是服务端Socket，都是双⽅建⽴连接以后，保存的对端信息，及⽤来与对⽅收发数据的。

1）Socket构造方法

方法签名方法说明
Socket(String host,int Port)创建⼀个客⼾端流套接字Socket，并与对应IP的主机上，对应端⼝的进程建⽴连接

2）Socket方法

方法签名方法说明
InetAddress getInetAddress()返回套接字所连接的地址
InputStream getInputStream()返回此套接字的输⼊流
OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流

二.TCP服务器端实现

1.代码实现

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.security.Provider;
import java.util.Scanner;

public class TcpServer {
    private ServerSocket serverSocket=null;
    public TcpServer(int port) throws IOException {
        serverSocket=new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        while(true){
           Socket client= serverSocket.accept();
           processConnection(client);
        }
    }

    private void processConnection(Socket client) {
        System.out.printf("[%s :%d]客户端上线",client.getInetAddress(),client.getPort());
        try(InputStream inputStream=client.getInputStream();//TCP是全双工通信，既能读，也能写
            OutputStream outputStream=client.getOutputStream();
            PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream)){
            while(true){
                //1.读取请求并解析(为方便读，可使用Scanner)
                Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
                if(!scanner.hasNext()){
                    //如果Scanner读不出下一个数据了，说明客户端关闭了连接，导致服务器读到了“末尾”
                    break;
                }
                //2.根据请求计算响应
                String request=scanner.next();
                String response=process(request);
                //3.把响应写回客户端
                printWriter.println(response);
                //4.打印日志
                System.out.printf("[%s :%d], rep=%s,reps=%s\n",client.getInetAddress(),client.getPort(),
                        request,response);
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.printf("[%s :%d]服务器下线",client.getInetAddress(),client.getPort());
    }
    private String process(String response){
        return response;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpServer server=new TcpServer(9090);
        server.start();
    }
}

2.代码解析

1.建立ServerSocket类，需填入参数来绑定程序的端口号，new ServerSocket（port）后于客户端建立起连接。

2.创建start（）方法启动服务器，使用accept（）确认对连接客户端进行处理，将处理过程传入processConnection（）函数中

3.因TCP服务器是面向字节流，因此需要使用输入流与输出流进行数据的发送与接收。（在try中定义是因为try结束后会自动释放文件资源）

4.进行数据的读取，读取完后对数据进行处理（process（）中处理，因本代码为回显服务器，只是返回客户端请求，无更多逻辑），处理完后生成响应，并写回客户端，最后打印日志

注：此处服务器代码存在三个问题，需结合客户端代码进行解释与修改

三.TCP客户端实现

1.代码实现

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 TcpCilent {
    private Socket socket=null;
    public TcpCilent(String ServerIP,int Port) throws IOException {
        socket=new Socket(ServerIP,Port);
    }
    public void strat(){
        System.out.println("客户端启动");
        try(InputStream inputStream= socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream=socket.getOutputStream();
            Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
            PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream);
            Scanner scannerIn=new Scanner(System.in)){
            while(true){
                //1.从控制台读取信息
                String request=scannerIn.next();
                //2.将数据发送给服务器
                printWriter.println(request);
                //3.从服务器获取响应
                if(!scannerIn.hasNext()){
                    break;
                }
                String response=scanner.next();
                //4.打印日志
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpCilent cilent=new TcpCilent("127.0.0.1",9090);
        cilent.strat();
    }
}

2.代码解析

1.客户端创建Socket类，需填入服务器的ip和端口号，在new时系统内核会自与对应的服务器连接上

2.与服务器同理，因TCP面向字节流，需要通过输入流与输出流来实现数据的发送与接收。

3.从控制台中读取数据（我们输入的），然后将其写入到服务器，在获取到服务器的响应，最后打印日志。

四.问题与解决

问题一：客户端发送数据之后，并没有任何响应（缓冲区问题）

运行上述代码，服务器成功打印出客户端上线和下线

但是客户端发送数据，服务器并无响应

原因是像PrintWriter这样的类，以及很多IO流中的类，都是自带“缓冲区”的。

引入缓冲区后，进行写入操作时不会立即触发IO，而是会将数据先放入缓冲区，等到缓冲区的数据积攒一波后，在统一发送（因为频繁的IO操作开销大，这是一个优化）

解决上诉问题，只要通过flush刷新缓冲区就可解决。

问题二：服务器代码未对client进行close（）操作

这里的client是“连接级别”的数据，随着客户端断开连接，这个client也就不再使用了。

即使是同一个客户端再次连接，也是一个新的client，和旧的不是同一个

因此，这里的client就应该主动关闭掉。

可以在finally关闭

问题三：尝试多个客户端来同时连接服务器

作为一个服务器，就是要同时给多个客户端进行服务的

当前代码，只能启动一个客户端，如何启动多个客户端？

要修改一些配置（如图）

此时，我们发现，我们可以启动多个客户端

但是，利用新创建的客户端向服务器发送数据，却没有响应。

若把第一个客户端关掉，服务器就会立刻针对客户端2的请求进行响应。

此时，我们的服务器只能同时给一个客户端进行服务，这是不科学的。

原因是当第一个客户端连接上服务器，服务器代码就会进入processConnection内部的while循环，此时第二个客户端无法执行到accept，使用操作积压在内核缓冲区中。

解决方法是将双重while循环改为单层while循环，我们可以利用多线程

这样，问题就得到了解决

两个客户端是不同的端口

可以共同使用服务器。

完整代码

1.客户端代码

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 TcpCilent {
    private Socket socket=null;
    public TcpCilent(String ServerIP,int Port) throws IOException {
        socket=new Socket(ServerIP,Port);
    }
    public void strat(){
        System.out.println("客户端启动");
        try(InputStream inputStream= socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream=socket.getOutputStream();
            Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
            PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream);
            Scanner scannerIn=new Scanner(System.in)){
            while(true){
                //1.从控制台读取信息
                String request=scannerIn.next();
                //2.将数据发送给服务器
                printWriter.println(request);
                printWriter.flush();
                //3.从服务器获取响应
                if(!scannerIn.hasNext()){
                    break;
                }
                String response=scanner.next();
                //4.打印日志
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpCilent cilent=new TcpCilent("127.0.0.1",9090);
        cilent.strat();
    }
}

2.服务器端代码

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.security.Provider;
import java.util.Scanner;

public class TcpServer {
    private ServerSocket serverSocket=null;
    public TcpServer(int port) throws IOException {
        serverSocket=new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        while(true){
           Socket client= serverSocket.accept();
           Thread t=new Thread(()->{
               try {
                   processConnection(client);
               } catch (IOException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           });
            t.start();
        }
    }

    private void processConnection(Socket client) throws IOException {
        System.out.printf("[%s :%d]客户端上线\n",client.getInetAddress(),client.getPort());
        try(InputStream inputStream=client.getInputStream();//TCP是全双工通信，既能读，也能写
            OutputStream outputStream=client.getOutputStream();
            PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream)){
            while(true){
                //1.读取请求并解析(为方便读，可使用Scanner)
                Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
                if(!scanner.hasNext()){
                    //如果Scanner读不出下一个数据了，说明客户端关闭了连接，导致服务器读到了“末尾”
                    break;
                }
                //2.根据请求计算响应
                String request=scanner.next();
                String response=process(request);
                //3.把响应写回客户端
                printWriter.println(response);
                printWriter.flush();
                //4.打印日志
                System.out.printf("[%s :%d], rep=%s,reps=%s\n",client.getInetAddress(),client.getPort(),
                        request,response);
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.printf("[%s :%d]服务器下线\n",client.getInetAddress(),client.getPort());

            client.close();
        }

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

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpServer server=new TcpServer(9090);
        server.start();
    }
}

以上便是全部内容，如有不对，欢迎指正

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