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JAVAEE值网络编程（2）_TCP流套接字及通信模型、TCP网络编程及代码实例

news 来源：原创 2024/9/22 4:56:04

前言

在上一节内容中，我们介绍了什么是套接字，以及使用UDP数据报套接字网络编程，最后我们还介绍了Java数据报套接字通信模型以及相关代码实例。在这一节我们将会介绍TCP流套接字编程。

一、流套接字及通信模型

1.1 TCP套接字

TCP，即Transmission Control Protocol（传输控制协议），是传输层协议。

TCP主要特点：(会在后续单独章节中详细介绍)

有连接
可靠传输
面向字节流
有接收、发送缓冲区
大小不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于IO流，流式数据的特征就是在IO流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。

1.2 原始套接字

原始套接字用于自定义传输层协议，用于读写内核没有处理的IP协议数据。

1.3 Java流套接字通信模型

在这里插入图片描述
注意事项：

客户端和服务端：开发时，经常是基于一个主机开启两个进程作为客户端和服务端，但真实的场景，一般都是不同主机。
注意目的IP和目的端口号，标识了一次数据传输时要发送数据的终点主机和进程
Socket编程我们是使用流套接字和数据报套接字，基于传输层的TCP或UDP协议，但应用层协议也需要考虑。
端口占用问题：如果一个进程A已经绑定了一个端口，再启动一个进程B绑定该端口，就会报错，这种情况也叫端口被占用。
解决端口被占用的问题：
如果占用端口的进程A不需要运行，就可以关闭A后，再启动需要绑定该端口的进程B；
如果需要运行A进程，则可以修改进程B的绑定端口，换为其他没有使用的端口。

二、TCP流套接字编程

2.1 ServerSocket API

ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API，ServerSocket构造方法如下：
在这里插入图片描述
另外，ServerSocket 相关方法如下：

2.2 Socket API

Socket 是客户端Socket，或服务端中接收到客户端建立连接（accept方法）的请求后，返回的服务端Socket。不管是客户端还是服务端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。
Socket的构造方法如下：
在这里插入图片描述
Socket相关方法：

2.3 TCP中的长短连接

TCP发送数据时，需要先建立连接，什么时候关闭连接就决定是短连接还是长连接：

短连接：每次接收到数据并返回响应后，都关闭连接，短连接只能一次收发数据。
长连接：不关闭连接，一直保持连接状态，双方不停的收发数据，长连接可以多次收发数据。

TCP长短连接对比：

建立连接、关闭连接的耗时：短连接每次请求、响应都需要建立连接，关闭连接；而长连接只需要第一次建立连接，之后的请求、响应都可以直接传输。相对来说建立连接，关闭连接也是要耗时的，长连接效率更高。
主动发送请求不同：短连接一般是客户端主动向服务端发送请求；而长连接可以是客户端主动发送请求，也可以是服务端主动发。
两者的使用场景有不同：短连接适用于客户端请求频率不高的场景，如浏览网页等。长连接适用于客户端与服务端通信频繁的场景，如聊天室，实时游戏等。

三、代码实例

3.1 TCP 客户端

package network;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.lang.ref.SoftReference;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;/*** @author Zhang* @date 2024/5/2115:13* @Description:*/
public class TcpEchoClient {private Socket socket = null;public TcpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws IOException {// 此时，需要在创建 Socket 的同时，和服务器”建立连接“，此时就得告诉 Socket 服务器在哪里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){// 1. 从控制台读取用户输入的内容System.out.print("-->");String request = scanner.next();// 2. 把字符串作为请求，发给服务器//    这里用println，是为了让后后面请求带上换行，也就是和服务器读取请求，scanner.next 呼应writer.println(request);writer.flush();// 3. 读取服务器返回的响应String response = scannerNetwork.next();// 4. 在界面上显示内容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();}
}

3.2 TCP 服务端

package network;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;/*** @author Zhang* @date 2024/5/2115:13* @Description:*/
public class TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket  = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);// 指定端口号}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动！");ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();  //创建线程池while (true){//通过 accept 方法，把内核中已经建立好的连接那回到应用程序中Socket clientSocket = serverSocket.accept();/***  此处不能直接调用processConnection，这会导致服务器不能处理多个客户端，通过创建新的线程来调用是更合理的方法*             Thread t = new Thread(()->{*                 try {*                     processConnection(clientSocket);*                 } catch (IOException e) {*                     throw new RuntimeException(e);*                 }*             });*            t.start();*///使用创建线程的方式开销会比较大，此处我们使用线程池的方式service.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}});}}// 通过这个方法，来处理当前的连接private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {//进入方法，先打印一个日志System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());//InputStream 和OutputStream就是在字节流，可以借助这两个对象，完成数据的“发送”和“接收”//通过InputStream 进行read 操作，就是“接收”操作（站在CPU角度）//通过OutputStream 进行 writ额操作，就是“发送”操作。try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){//使用try（）方式，避免后续使用完了流对象，忘记关闭//由于客户端发来的可能是“多条数据”，针对对条数据，进行循环处理while (true){Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if (!scanner.hasNext()){//连接断开了，此时循环就应该结束System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求并解析， 此处就以next来作为读取请求的方式，next 的规则：读取到“空白符”就返回。String request = scanner.next();// 2. 根据请求，计算响应String response = process(request);//3. 把响应写回客户端//     方式一：可以把String转成字符数组，写入到OutputStream//      方式二：使用PrintWriter 把OutputStream 包裹一下，来写入字符串PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(response);  //此处的打印是写入到outputStream 对应的流对象中，也就是写入到 clientSocketprintWriter.flush();  //刷新缓冲区，如果没有此操作，数据仍然可能在内存中，没有被写入网卡// 4.打印一下这次请求交互的内容System.out.printf("[%s:%d] req=%s resp=%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,response);}}catch (IOException e){e.printStackTrace();}finally {//在这个地方进行clientSocket的关闭，processConnection就是处理一个连接，如果这个方法执行完毕，这个连接也就处理完了clientSocket.close();}}public String process(String request){// 此处也是写的服务器，响应和请求一样return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);server.start();}
}

启动客户端和服务器

运行结果：

//客户端发送请求
TcpEchoClient：-->张三
张三
-->
----------------------------------
//服务器响应
TcpEchoServer：服务器启动！
[/127.0.0.1:60107] 客户端上线
[/127.0.0.1:60107] req=张三 resp=张三