TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的传输层协议。与 UDP 不同，TCP 保证了数据的顺序、可靠性和完整性，适用于需要可靠传输的应用场景，如文件传输、网页浏览等。本文将基于 Java 实现一个简单的 TCP Echo 服务器和客户端，并通过代码总结相关的知识点。
1. TCP Echo 服务器
1.1 服务器代码结构
import java.io.*;
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 = null;
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) {
// 通过 accept 方法，把内核中已经建立好的连接拿到应用程序中
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
// 使用线程池处理客户端连接
executorService.submit(() -> {
try {
processConnection(clientSocket);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
// 通过这个方法，来处理连接
public void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
// 打印客户端上线日志
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
// 使用 Scanner 读取客户端请求
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
while (true) {
if (!scanner.hasNext()) {
// 连接断开
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
break;
}
// 1. 读取请求并解析
String request = scanner.next();
// 2. 根据请求计算响应
String response = process(request);
// 3. 把响应写回到客户端
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(response);
printWriter.flush();
// 4. 打印请求交互的内容
System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(),
request, response);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
clientSocket.close();
}
}
public String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
server.start();
}
}
1.2 服务器代码解析
ServerSocket：ServerSocket 是 Java 中用于监听客户端连接的类。服务器通过 ServerSocket 绑定到指定端口，等待客户端连接。
Socket：Socket 是 Java 中用于表示客户端连接的类。服务器通过 serverSocket.accept() 方法获取客户端的连接，并返回一个 Socket 对象。
线程池：为了支持多客户端并发连接，服务器使用 ExecutorService 线程池来处理每个客户端的请求。Executors.newCachedThreadPool() 创建了一个可缓存的线程池，根据需要创建新线程。
processConnection()：该方法用于处理客户端连接。它通过 InputStream 和 OutputStream 与客户端进行数据交互。
Scanner：Scanner 用于从 InputStream 中读取客户端发送的请求数据。
PrintWriter：PrintWriter 用于将响应数据写入 OutputStream，并发送给客户端。
日志打印：服务器在处理每个请求后，会打印客户端的地址、端口、请求内容和响应内容，方便调试和监控。
2. TCP Echo 客户端
2.1 客户端代码结构
java
复制
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException {
socket = new Socket(serverIP, serverPort);
}
public void start() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);
while (true) {
// 从控制台读取用户输入
System.out.print("-> ");
String request = scanner.next();
// 发送请求到服务器
writer.println(request);
writer.flush();
// 读取服务器响应
String response = scannerNetwork.next();
System.out.println(response);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
client.start();
}
}2. TCP Echo 客户端
2.1 客户端代码结构
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException {
socket = new Socket(serverIP, serverPort);
}
public void start() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);
while (true) {
// 从控制台读取用户输入
System.out.print("-> ");
String request = scanner.next();
// 发送请求到服务器
writer.println(request);
writer.flush();
// 读取服务器响应
String response = scannerNetwork.next();
System.out.println(response);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
client.start();
}
}2.2 客户端代码解析
-
Socket：客户端通过Socket连接到服务器。Socket的构造函数需要指定服务器的 IP 地址和端口号。 -
InputStream和OutputStream：客户端通过InputStream读取服务器返回的响应数据，通过OutputStream发送请求数据。 -
PrintWriter：PrintWriter用于将请求数据写入OutputStream，并发送给服务器。 -
Scanner：Scanner用于从控制台读取用户输入，并从InputStream中读取服务器返回的响应数据。 -
循环交互：客户端通过一个无限循环，不断从控制台读取用户输入，发送请求并接收响应。
3. 总结
通过实现这个简单的 TCP Echo 服务器和客户端，我们可以总结出以下知识点：
-
TCP 协议的特点：TCP 是一种面向连接的协议，保证了数据的顺序、可靠性和完整性，适用于需要可靠传输的应用场景。
-
ServerSocket和Socket：这两个类是 Java 中实现 TCP 通信的核心类。ServerSocket用于监听客户端连接，Socket用于表示客户端连接。 -
多线程处理：为了支持多客户端并发连接，服务器使用线程池来处理每个客户端的请求。
-
流操作：
InputStream和OutputStream是 Java 中用于读写数据的核心类。通过Scanner和PrintWriter，可以方便地进行文本数据的读写。 -
日志与调试：在实际开发中，打印日志是非常重要的，它可以帮助我们监控程序的运行状态，排查问题。
-
Echo 服务器的应用：Echo 服务器是一种简单的网络服务，它将客户端发送的数据原样返回。虽然简单，但它可以帮助我们理解网络通信的基本原理。
