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Java基于TCP協(xié)議的Socket通信

 更新時(shí)間:2021年12月16日 14:23:15   作者:qq_23473123  
本文詳細(xì)講解了Java基于TCP協(xié)議的Socket通信,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

簡(jiǎn)介

TCP簡(jiǎn)介

TCP(Transmission Control Protocol 傳輸控制協(xié)議)是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議,由IETF的RFC 793定義。在簡(jiǎn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)OSI模型中,它完成第四層傳輸層所指定的功能,用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP,下一篇博客會(huì)實(shí)現(xiàn))是同一層內(nèi) 另一個(gè)重要的傳輸協(xié)議。在因特網(wǎng)協(xié)議族(Internet protocol suite)中,TCP層是位于IP層之上,應(yīng)用層之下的中間層。不同主機(jī)的應(yīng)用層之間經(jīng)常需要可靠的、像管道一樣的連接,但是IP層不提供這樣的流機(jī)制,而是提供不可靠的包交換。

應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)摹⒂?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流,然后TCP把數(shù)據(jù)流分區(qū)成適當(dāng)長(zhǎng)度的報(bào)文段(通常受該計(jì)算機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳輸單元( MTU)的限制)。之后TCP把結(jié)果包傳給IP層,由它來(lái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實(shí)體的TCP層。TCP為了保證不發(fā)生丟包,就給每個(gè)包一個(gè)序號(hào),同時(shí)序號(hào)也保證了傳送到接收端實(shí)體的包的按序接收。然后接收端實(shí)體對(duì)已成功收到的包發(fā)回一個(gè)相應(yīng)的確認(rèn)(ACK);如果發(fā)送端實(shí)體在合理的往返時(shí)延(RTT)內(nèi)未收到確認(rèn),那么對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包就被假設(shè)為已丟失將會(huì)被進(jìn)行重傳。TCP用一個(gè)校驗(yàn)和函數(shù)來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤;在發(fā)送和接收時(shí)都要計(jì)算校驗(yàn)和。

JAVA Socket簡(jiǎn)介

所謂socket 通常也稱作”套接字“,用于描述IP地址和端口,是一個(gè)通信鏈的句柄。應(yīng)用程序通常通過(guò)”套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。

以J2SDK-1.3為例,Socket和ServerSocket類庫(kù)位于java.net包中。ServerSocket用于服務(wù)器端,Socket是建立網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)使用的。在連接成功時(shí),應(yīng)用程序兩端都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Socket實(shí)例,操作這個(gè)實(shí)例,完成所需的會(huì)話。對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)說(shuō),套接字是平等的,并沒(méi)有差別,不因?yàn)樵诜?wù)器端或在客戶端而產(chǎn)生不同級(jí)別。不管是Socket還是ServerSocket它們的工作都是通過(guò)SocketImpl類及其子類完成的。

重要的Socket API:

java.net.Socket繼承于java.lang.Object,有八個(gè)構(gòu)造器,其方法并不多,下面介紹使用最頻繁的三個(gè)方法,其它方法大家可以見(jiàn)JDK-1.3文檔。

  • . Accept方法用于產(chǎn)生”阻塞”,直到接受到一個(gè)連接,并且返回一個(gè)客戶端的Socket對(duì)象實(shí)例?!弊枞笔且粋€(gè)術(shù)語(yǔ),它使程序運(yùn)行暫時(shí)”停留”在這個(gè)地方,直到一個(gè)會(huì)話產(chǎn)生,然后程序繼續(xù);通?!弊枞笔怯裳h(huán)產(chǎn)生的。
  • . getInputStream方法獲得網(wǎng)絡(luò)連接輸入,同時(shí)返回一個(gè)InputStream對(duì)象實(shí)例。
  • . getOutputStream方法連接的另一端將得到輸入,同時(shí)返回一個(gè)OutputStream對(duì)象實(shí)例。

注意:其中g(shù)etInputStream和getOutputStream方法均會(huì)產(chǎn)生一個(gè)IOException,它必須被捕獲,因?yàn)樗鼈兎祷氐牧鲗?duì)象,通常都會(huì)被另一個(gè)流對(duì)象使用。

SocketImpl介紹

既然不管是Socket還是ServerSocket它們的工作都是通過(guò)SocketImpl類及其子類完成的,那么當(dāng)然要介紹啦。

抽象類 SocketImpl 是實(shí)際實(shí)現(xiàn)套接字的所有類的通用超類。創(chuàng)建客戶端和服務(wù)器套接字都可以使用它。

具體JDK見(jiàn):

http://www.dbjr.com.cn/softs/214120.html

由于它是超類具體代碼實(shí)現(xiàn)還是見(jiàn)下面的Socket

TCP 編程

構(gòu)造ServerSocket

具體API見(jiàn):http://www.dbjr.com.cn/article/232094.htm

構(gòu)造方法:

  • ServerSocket() ~創(chuàng)建非綁定服務(wù)器套接字。
  • ServerSocket(int port) ~創(chuàng)建綁定到特定端口的服務(wù)器套接字。
  • ServerSocket(int port, int backlog) ~利用指定的 backlog 創(chuàng)建服務(wù)器套接字并將其綁定到指定的本地端口號(hào)。
  • ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) ~使用指定的端口、偵聽(tīng) backlog 和要綁定到的本地 IP 地址創(chuàng)建服務(wù)器。

1.1 綁定端口

除了第一個(gè)不帶參數(shù)的構(gòu)造方法以外, 其他構(gòu)造方法都會(huì)使服務(wù)器與特定端口綁定, 該端口有參數(shù) port 指定. 例如, 以下代碼創(chuàng)建了一個(gè)與 80 端口綁定的服務(wù)器:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80);

如果運(yùn)行時(shí)無(wú)法綁定到 80 端口, 以上代碼會(huì)拋出 IOException, 更確切地說(shuō), 是拋出 BindException, 它是 IOException 的子類. BindException 一般是由以下原因造成的:

  • 端口已經(jīng)被其他服務(wù)器進(jìn)程占用;
  • 在某些操作系統(tǒng)中, 如果沒(méi)有以超級(jí)用戶的身份來(lái)運(yùn)行服務(wù)器程序, 那么操作系統(tǒng)不允許服務(wù)器綁定到 1-1023 之間的端口.

如果把參數(shù) port 設(shè)為 0, 表示由操作系統(tǒng)來(lái)為服務(wù)器分配一個(gè)任意可用的端口. 有操作系統(tǒng)分配的端口也稱為匿名端口. 對(duì)于多數(shù)服務(wù)器, 會(huì)使用明確的端口, 而不會(huì)使用匿名端口, 因?yàn)榭蛻舫绦蛐枰孪戎婪?wù)器的端口, 才能方便地訪問(wèn)服務(wù)器.

1.2 設(shè)定客戶連接請(qǐng)求隊(duì)列的長(zhǎng)度

當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程運(yùn)行時(shí), 可能會(huì)同時(shí)監(jiān)聽(tīng)到多個(gè)客戶的連接請(qǐng)求. 例如, 每當(dāng)一個(gè)客戶進(jìn)程執(zhí)行以下代碼:

Socket socket = new Socket("www.javathinker.org", 80); 

就意味著在遠(yuǎn)程 www.javathinker.org 主機(jī)的 80 端口上, 監(jiān)聽(tīng)到了一個(gè)客戶的連接請(qǐng)求. 管理客戶連接請(qǐng)求的任務(wù)是由操作系統(tǒng)來(lái)完成的. 操作系統(tǒng)把這些連接請(qǐng)求存儲(chǔ)在一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列中. 許多操作系統(tǒng)限定了隊(duì)列的最大長(zhǎng)度, 一般為 50 . 當(dāng)隊(duì)列中的連接請(qǐng)求達(dá)到了隊(duì)列的最大容量時(shí), 服務(wù)器進(jìn)程所在的主機(jī)會(huì)拒絕新的連接請(qǐng)求. 只有當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程通過(guò) ServerSocket 的 accept() 方法從隊(duì)列中取出連接請(qǐng)求, 使隊(duì)列騰出空位時(shí), 隊(duì)列才能繼續(xù)加入新的連接請(qǐng)求.

對(duì)于客戶進(jìn)程, 如果它發(fā)出的連接請(qǐng)求被加入到服務(wù)器的請(qǐng)求連接隊(duì)列中, 就意味著客戶與服務(wù)器的連接建立成功, 客戶進(jìn)程從 Socket 構(gòu)造方法中正常返回. 如果客戶進(jìn)程發(fā)出的連接請(qǐng)求被服務(wù)器拒絕, Socket 構(gòu)造方法就會(huì)拋出 ConnectionException.

Tips: 創(chuàng)建綁定端口的服務(wù)器進(jìn)程后, 當(dāng)客戶進(jìn)程的 Socket構(gòu)造方法返回成功, 表示客戶進(jìn)程的連接請(qǐng)求被加入到服務(wù)器進(jìn)程的請(qǐng)求連接隊(duì)列中. 雖然客戶端成功返回 Socket對(duì)象, 但是還沒(méi)跟服務(wù)器進(jìn)程形成一條通信線路. 必須在服務(wù)器進(jìn)程通過(guò) ServerSocket 的 accept() 方法從請(qǐng)求連接隊(duì)列中取出連接請(qǐng)求, 并返回一個(gè)Socket 對(duì)象后, 服務(wù)器進(jìn)程這個(gè)Socket 對(duì)象才與客戶端的 Socket 對(duì)象形成一條通信線路.

ServerSocket 構(gòu)造方法的 backlog 參數(shù)用來(lái)顯式設(shè)置連接請(qǐng)求隊(duì)列的長(zhǎng)度, 它將覆蓋操作系統(tǒng)限定的隊(duì)列的最大長(zhǎng)度. 值得注意的是, 在以下幾種情況中, 仍然會(huì)采用操作系統(tǒng)限定的隊(duì)列的最大長(zhǎng)度:

  • backlog 參數(shù)的值大于操作系統(tǒng)限定的隊(duì)列的最大長(zhǎng)度;
  • backlog 參數(shù)的值小于或等于0;
  • 在ServerSocket 構(gòu)造方法中沒(méi)有設(shè)置 backlog 參數(shù).

以下的 Client.java 和 Server.java 用來(lái)演示服務(wù)器的連接請(qǐng)求隊(duì)列的特性.

Client.java

import java.net.Socket;
public class Client {
 public static void main(String[] args) throws Exception{
  final int length = 100;
  String host = "localhost";
  int port = 1122;
  Socket[] socket = new Socket[length];
  for(int i = 0;i<length;i++){
   socket[i] = new Socket(host,port);
   System.out.println("第"+(i+1)+"次連接成功!");
  }
  Thread.sleep(3000);
  for(int i=0;i<length;i++){
   socket[i].close();
  }
 }
}

Server.java

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class Server {
 private int port = 1122;
 private ServerSocket serverSocket;

 public Server() throws Exception{
  serverSocket = new ServerSocket(port,3);
  System.out.println("服務(wù)器啟動(dòng)!");
 }
 public void service(){
  while(true){
   Socket socket = null;
   try {
    socket = serverSocket.accept();
    System.out.println("New connection accepted "+
      socket.getInetAddress()+":"+socket.getPort());
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }finally{
    if(socket!=null){
     try {
      socket.close();
     } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   }
  }
 }

 public static void main(String[] args) throws Exception{
  Server server = new Server();
  Thread.sleep(60000*10);
  server.service();
 }
}

Client 試圖與 Server 進(jìn)行 100 次連接. 在 Server 類中, 把連接請(qǐng)求隊(duì)列的長(zhǎng)度設(shè)為 3. 這意味著當(dāng)隊(duì)列中有了 3 個(gè)連接請(qǐng)求時(shí), 如果Client 再請(qǐng)求連接, 就會(huì)被 Server 拒絕.? 下面按照以下步驟運(yùn)行 Server 和 Client 程序.

⑴ 在Server 中只創(chuàng)建一個(gè) ServerSocket 對(duì)象, 在構(gòu)造方法中指定監(jiān)聽(tīng)的端口為1122 和 連接請(qǐng)求隊(duì)列的長(zhǎng)度為 3 . 構(gòu)造 Server 對(duì)象后, Server 程序睡眠 10 分鐘, 并且在 Server 中不執(zhí)行 serverSocket.accept() 方法. 這意味著隊(duì)列中的連接請(qǐng)求永遠(yuǎn)不會(huì)被取出. 運(yùn)行Server 程序和 Client 程序后, Client程序的打印結(jié)果如下:
第 1 次連接成功
第 2 次連接成功
第 3 次連接成功
Exception in thread “main” java.net.ConnectException: Connection refused: connect
…………….
從以上打印的結(jié)果可以看出, Client 與 Server 在成功地建立了3 個(gè)連接后, 就無(wú)法再創(chuàng)建其余的連接了, 因?yàn)榉?wù)器的隊(duì)已經(jīng)滿了.
⑵ 在Server中構(gòu)造一個(gè)跟 ⑴ 相同的 ServerSocket對(duì)象, Server程序不睡眠, 在一個(gè) while 循環(huán)中不斷執(zhí)行 serverSocket.accept()方法, 該方法從隊(duì)列中取出連接請(qǐng)求, 使得隊(duì)列能及時(shí)騰出空位, 以容納新的連接請(qǐng)求. Client 程序的打印結(jié)果如下:
第 1 次連接成功
第 2 次連接成功
第 3 次連接成功
………..
第 100 次連接成功
從以上打印結(jié)果可以看出, 此時(shí) Client 能順利與 Server 建立 100 次連接.(每次while的循環(huán)要夠快才行, 如果太慢, 從隊(duì)列取連接請(qǐng)求的速度比放連接請(qǐng)求的速度慢的話, 不一定都能成功連接)

1.3 設(shè)定綁定的IP 地址

如果主機(jī)只有一個(gè)IP 地址, 那么默認(rèn)情況下, 服務(wù)器程序就與該IP 地址綁定. ServerSocket 的第 4 個(gè)構(gòu)造方法 ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bingAddr) 有一個(gè) bindAddr 參數(shù), 它顯式指定服務(wù)器要綁定的IP 地址, 該構(gòu)造方法適用于具有多個(gè)IP 地址的主機(jī). 假定一個(gè)主機(jī)有兩個(gè)網(wǎng)卡, 一個(gè)網(wǎng)卡用于連接到 Internet, IP為 222.67.5.94, 還有一個(gè)網(wǎng)卡用于連接到本地局域網(wǎng), IP 地址為 192.168.3.4. 如果服務(wù)器僅僅被本地局域網(wǎng)中的客戶訪問(wèn), 那么可以按如下方式創(chuàng)建 ServerSocket:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000, 10, InetAddress.getByName(“192.168.3.4”));

1.4 默認(rèn)構(gòu)造方法的作用

ServerSocket 有一個(gè)不帶參數(shù)的默認(rèn)構(gòu)造方法. 通過(guò)該方法創(chuàng)建的 ServerSocket 不與任何端口綁定, 接下來(lái)還需要通過(guò) bind() 方法與特定端口綁定.

這個(gè)默認(rèn)構(gòu)造方法的用途是, 允許服務(wù)器在綁定到特定端口之前, 先設(shè)置ServerSocket 的一些選項(xiàng). 因?yàn)橐坏┓?wù)器與特定端口綁定, 有些選項(xiàng)就不能再改變了.比如:SO_REUSEADDR 選項(xiàng)

在以下代碼中, 先把 ServerSocket 的 SO_REUSEADDR 選項(xiàng)設(shè)為 true, 然后再把它與 8000 端口綁定:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.setReuseAddress(true); //設(shè)置 ServerSocket 的選項(xiàng)
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8000));  //與8000端口綁定

如果把以上程序代碼改為:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000);
serverSocket.setReuseAddress(true);//設(shè)置 ServerSocket 的選項(xiàng)

那么 serverSocket.setReuseAddress(true) 方法就不起任何作用了, 因?yàn)?SO_REUSEADDR 選項(xiàng)必須在服務(wù)器綁定端口之前設(shè)置才有效.

多線程示例

客戶端:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * 客戶端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.創(chuàng)建客戶端Socket,指定服務(wù)器地址和端口
            Socket socket=new Socket("localhost", 8888);
            //2.獲取輸出流,向服務(wù)器端發(fā)送信息
            OutputStream os=socket.getOutputStream();//字節(jié)輸出流
            PrintWriter pw=new PrintWriter(os);//將輸出流包裝為打印流
            pw.write("用戶名:whf;密碼:789");
            pw.flush();
            socket.shutdownOutput();//關(guān)閉輸出流
            //3.獲取輸入流,并讀取服務(wù)器端的響應(yīng)信息
            InputStream is=socket.getInputStream();
            BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String info=null;
            while((info=br.readLine())!=null){
                System.out.println("我是客戶端,服務(wù)器說(shuō):"+info);
            }
            //4.關(guān)閉資源
            br.close();
            is.close();
            pw.close();
            os.close();
            socket.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服務(wù)器:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/*
 * 基于TCP協(xié)議的Socket通信,實(shí)現(xiàn)用戶登陸
 * 服務(wù)器端
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)器端Socket,即ServerSocket,指定綁定的端口,并監(jiān)聽(tīng)此端口
            ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8888);
            Socket socket=null;
            //記錄客戶端的數(shù)量
            int count=0;
            System.out.println("***服務(wù)器即將啟動(dòng),等待客戶端的連接***");
            //循環(huán)監(jiān)聽(tīng)等待客戶端的連接
            while(true){
                //調(diào)用accept()方法開(kāi)始監(jiān)聽(tīng),等待客戶端的連接
                socket=serverSocket.accept();
                //創(chuàng)建一個(gè)新的線程
                ServerThread serverThread=new ServerThread(socket);
                //啟動(dòng)線程
                serverThread.start();

                count++;//統(tǒng)計(jì)客戶端的數(shù)量
                System.out.println("客戶端的數(shù)量:"+count);
                InetAddress address=socket.getInetAddress();
                System.out.println("當(dāng)前客戶端的IP:"+address.getHostAddress());
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服務(wù)器處理類:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

/*
 * 服務(wù)器線程處理類
 */
public class ServerThread extends Thread {
    // 和本線程相關(guān)的Socket
    Socket socket = null;

    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    //線程執(zhí)行的操作,響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求
    public void run(){
        InputStream is=null;
        InputStreamReader isr=null;
        BufferedReader br=null;
        OutputStream os=null;
        PrintWriter pw=null;
        try {
            //獲取輸入流,并讀取客戶端信息
            is = socket.getInputStream();
            isr = new InputStreamReader(is);
            br = new BufferedReader(isr);
            String info=null;
            while((info=br.readLine())!=null){//循環(huán)讀取客戶端的信息
                System.out.println("我是服務(wù)器,客戶端說(shuō):"+info);
            }
            socket.shutdownInput();//關(guān)閉輸入流
            //獲取輸出流,響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求
            os = socket.getOutputStream();
            pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("歡迎您!");
            pw.flush();//調(diào)用flush()方法將緩沖輸出
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //關(guān)閉資源
            try {
                if(pw!=null)
                    pw.close();
                if(os!=null)
                    os.close();
                if(br!=null)
                    br.close();
                if(isr!=null)
                    isr.close();
                if(is!=null)
                    is.close();
                if(socket!=null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

以上所述是小編給大家介紹的Java基于TCP協(xié)議的Socket通信,希望對(duì)大家有所幫助。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持!

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