TCP流套接字编程

TCP流套接字编程

TCP和UDP差距是很大的，在数据传输方面，UDP是面向数据报的，而TCP是面向字节流的的，下面列出了使用TCP来实现网络编程所依赖的Socket类，通过这些类和具体的例子，来详细的讲解TCP网络编程。

ServerSocket API

ServerSocket 是Java提供给我们创建TCP服务端Socket所使用的API。

ServerSocket 的构造方法如下：

ServerSocket 方法：

Socket API

在Java中，也给我们提供了一个Socket类，而这个 Socket 既会给客户端使用又会给服务器使用，以上这个 Server Socket 和 Socket 这两个类都是用来表示系统中的Socket文件的，也就是抽象了网卡这样的概念。

Socket 构造方法：

Socket 方法：

注意：UDP是无连接的，而TCP是有连接的

这里的“有连接”和“无连接” 不是传统意义上的连接，而是通信双方都保存了对端的信息，而UDP呢，它是每发送一次数据，都要指定一次对端的IP和端口号，然后将生成的数据报作为send的参数发出去，下图就是UDP中的发送数据报的核心代码；

对于TCP来说，并不需要，前提是需要先把连接给建立上。而这个连接如何建立，是不需要我们通过代码来实现的，而是操作系统的内核自动负责完成的，对于客户端这边来说，主要是“发起连接”动作，在服务器这边的应用程序是没有任何感知的，因为，系统内核就直接完成了建立连接的流程（这个流程就是三次握手），完成这个建立连接的流程之后，建立好的连接就会放在内核中的一个队列里排队（每一个ServerSocket都有这样的队列），服务器这边的应用程序想要和客户端进行通信，就会通过accept()方法，将建立好的连接对象拿到应用程序中，这样就可以进行通信，如果队列中没有建立好的连接的话，accept()方法就会阻塞等待，这个队列呢就是一种生产者消费者模型。

下面通过两个示例来讲解这些方法的使用：

示例：回显服务器

服务器端

一：建立连接

public class TcpEchoServer {
   
    private ServerSocket socket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
   
        //创建服务器端的Socket对象
        socket = new ServerSocket(port);
    }
    //启动服务器方法
    public void start() throws IOException {
   
        System.out.println("服务器启动");

        //1.通过accept方法将建立好的连接拿到应用程序中，如果没有，则阻塞等待
        Socket clientSocket = socket.accept();

        //通过这个方法，处理拿到的连接
        process_connection(clientScoket);
    }

二：计算请求，返回响应

    private void process_connection(Socket clientSocket){
   
        //打印连接上的对端信息
        System.out.printf("客户端上线：[%s:%d]\n", clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());

        //通过clientSocket中的流对象来使双方进行通信
        try(InputStream is = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream os = clientSocket.getOutputStream()) {
   

            //因为服务器和客户端可能不止一次进行交互，所以通过while进行循环交互
            while(true) {
   
                //通过Scanner的方式将流对象中的请求数据读取出来
                Scanner scanner = new Scanner(is);
                //判断scanner是否有下一个数据，如果没有，连接结束
                if(!scanner.hasNext()) {
   
                    System.out.printf("客户端下线:[%s:%d]\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                //拿到客户端请求，通过next()方法，约定读到"\n"结束
                String request = scanner.next();

                //通过这个方法根据请求计算相应
                String response = calculator_response(request);

                //返回服务器处理的响应
                //2.通过PrintWriter进行发送

               PrintWriter printWriter = new PrintWriter(os);
                //这里的println可不是打印到控制台，而是发送给OutputStream对象，然后发送给客户端
                printWriter.println(response);

                //通过flush方法刷新缓冲区，如果没有这个操作的话，写入的数据很可能会在缓冲区中，而没有被发送出去
                printWriter.flush();

                //打印一下这次交互的内容
                System.out.printf("[%s:%d], request:%s, response:%s\n",clientSocket.getInetAddress(),
                                    clientSocket.getPort(), request, response);
            }
        } catch (IOException e) {
   
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
   
            try {
   
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
   
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }

    }
    private String calculator_response(String request) {
   
        //因为我们写的是回显服务器，所以请求是什么，响应就是什么
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9999);
        try {
   
            tcpEchoServer.start();
        } catch (IOException e) {
   
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

客户端

一、建立连接

public class TcpEchoClient {
   

    private Socket socket = null;
    public TcpEchoClient(String ip, int port) {
   
        try {
   
            //指定服务器的地址和端口号
            //当我们new这个对象时，系统内核就会自动帮我们完成建立连接的流程；
            socket = new Socket(ip, port);
        } catch (IOException e) {
   
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

二、发起请求，获取响应

 //客户端启动方法
    public void start() {
   

            try(InputStream is = socket.getInputStream();
                OutputStream os = socket.getOutputStream()) {
   
                Scanner scanner = new Scanner(System.in);
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(os);
                Scanner in = new Scanner(is);
                while(true) {
   

                    //1.向服务器发起请求
                    System.out.println("请输入请求->:");
                    String request = scanner.next();
                    printWriter.println(request);
                    printWriter.flush();

                    //2.读取服务器返回来的响应
                    String response = in.next();
                    System.out.println("response:" + response);
                }

            } catch (IOException e) {
   
                throw new RuntimeException(e);
            }
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9999);
        tcpEchoClient.start();
    }
}

运行之后：

但是，上述代码还存在一个问题，现在是一个服务器和一个客户端进行交互，如果多个客户端和一个服务器进行交互，那么这个bug就出来了！！！

下图为IDEA如何同时运行多个进程的操作步骤

同时运行多个客户端，分析一下代码会出现什么问题！！！

运行完之后，可以看到，虽然启动了两个客户端，但是，在服务器这边，并没有显示第二个客户端上线，这是为什么呢？下面就结合代码分析一下原因

如果想要在处理第一个客户端请求的过程中，accept快速的接收到第二个客户端建立起的连接，那么，就需要使用到并发编程！！！

利用线程池实现并发编程

利用线程池的方式分配一个新的线程去执行process_connection方法中的处理请求的逻辑，让主线程继续去获取到系统队列中已经建立好连接的其他客户端，然后再通过线程池分配新的线程去执行，利用这样的方式，就可以实现多个客户端与服务器进行交互。

    public void start() throws IOException {
   
        System.out.println("服务器启动");
        //创建一个线程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        while(true) {
   
            //1.通过accept方法将建立好的连接拿到应用程序中
            Socket clientSocket = socket.accept();

            //通过这个方法，使用新的线程处理拿到的连接
            threadPool.submit(new Runnable() {
   
                @Override
                public void run() {
   
                    process_connection(clientSocket);
                }
            });
        }
    }