网络编程：TCP编程

了解什么是Socket

    在开发网络应用程序的时候,会遇到Socket 这个概念。Socket 是一个抽象概念, -个应用程序通过一个Socket来建立一个远程连接,而Socket内部通过TCP/IP协议把数据传输到网络。

     Socket相关的类封装了操作系统提供的接口：ServerSocket类、Socket类。TCP协议就被封装在了Socket类中，我们只需要实例化Socket就可以监听对应端口。

    使用Socket 进行网络编程时,本质上就是两个进程之间的网络通信。其中一个进程必须充当服务器端,它会主动监听某个指定的端口,另一个进程必须充当客户端,它必须主动连接服务器的IP地址和指定端口,如果连接成功,服务器端和客户端就成功地建立了一一个TCP连接,双方后续就可以随时发送和接收数据。
     因此，当Socket 连接成功地在服务器端和客户端之间建立后:

--> 对服务器端来说,它的Socket是指定的IP地址和指定的端口号;
--> 对客户端来说,它的Socket 是它所在计算机的IP地址和一个由操作系统分配的随机端口号。

服务器端

    要使用Socket 编程,我们首先要编写服务器端程序。Java 标准库提供了ServerSocket 来实现对指定IP和指定端口的监听。ServerSocket 的典型实现代码如下:

    

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //ServerSocket:服务器进行通信的对象
        ServerSocket server = new ServerSocket(8789);
        System.out.println("server is running...");
        while (true) {
            Socket client = server.accept();
            
            // 使用Socket流进行网络通信
            // ...
            
            System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());
        }
    }
}

    服务器端通过下述代码,在指定端口8789监听。这里我们没有指定IP地址,表示在计算机的所有网络接口上进行监听。

ServerSocket socket = new ServerSocket(8789);

    服务器端通过while死循环进行持续监听（server.accept()），每当有客户端进行链接服务器时，就会返回一个Socket的实例，这个Socket实例就是用来和刚连接的客户端进行通信的。

  while (true) {
      Socket client = server.accept();
      System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());
  }

    如果没有客户端连接进来，accept() 方法会阻塞并一直等待。 如果有多个客户端同时连接进来，ServerSocket 会把连接扔到队列里,然后一个一个处理。对于Java 程序而言,只需要通过循环不断调用accept() 就可以获取新的连接。

客户端

    在客户端中只需要进行实例化，通过构造方法把自己设备的IP地址和端口号传入到对象中。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 连接指定服务器和端口
        Socket client= new Socket("localhost", 8888); 
        
       // 使用Socket流进行网络通信
       // ...
        
        // 关闭
        sock.close();
        System.out.println("disconnected.");
    }
}

Socket流

    当Socket连接创建成功后,无论是服务器端,还是客户端,我们都使用Socket 实例进行网络通信。因为TCP 是一种.基于流的协议,因此，Java 标准库使用InputStream 和outputStream 来封装Socket的数据流,这样我们使用Socket的流,和普通IO流类似:

// 用于读取网络数据:
InputStream in = sock.getInputStream();

// 用于写入网络数据:
OutputStream out = sock.getOutputStream();

举例：实现客户端向服务器端发送图片

服务器端代码：

public class ImageFileServer {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //ServerSocket:服务器进行通信的对象
            ServerSocket server = new ServerSocket(8789);
            //死循环：不断接受客户端的连接
            while (true) {
                //服务器进入“等待”状态
                //如果有客户端连接时，该方法返回客户端的Socket
                Socket client = server.accept();
                InetAddress clientNetAddress = client.getInetAddress();
                System.out.println("客户端" + clientNetAddress.getHostAddress() + "开始连接》》》");
                //接收来自客户端上传的图片
                //输入流:读取来自客户端发送的图片文件流
                //输出流:写入本地图片
                String imageName = clientNetAddress.getHostAddress().replace("\\.", "-") + ".jpg";

                try (InputStream in = client.getInputStream();
                        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(in);
                        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                                new FileOutputStream("D:\\share\\aaa\\" + imageName))) {
                    //每次读取来自客户端的图片的文件流
                    //写入本地
                    byte[] buff = new byte[1024];
                    int len = -1;
                    while ((len = bis.read(buff)) != -1) {
                        bos.write(buff, 0, len);
                    }
                    System.out.println("图片读取完毕");
                    
                    try(BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()))){
                        writer.write("upload success!!!");
                        writer.newLine();
                    }
                    
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端代码：

public class UploadImageClient {

    public static void main(String[] args) {
        //Socket:客户端进行通信的组件
        //本地图片读取=>通过输出流（发送）至服务器
        //OutputStream: 输出流，讲读取到的本地图片文件流，发送（输出）至服务器
        //BufferedInputStream:输入流，读取本地文件
        try (Socket client = new Socket("192.168.254.132",8888);
                OutputStream out = client.getOutputStream();
                BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("D:\\share\\Jellyfish.jpg"))){
            byte[] buff = new byte[1024];
            int len = -1;
            while((len=bis.read(buff))!=-1) {
                //讲读取到的内容，通过输出流发送至服务器
                out.write(buff);
            }
            
            //"输出"暂时结束（Socket没有关闭）
            client.shutdownOutput();
            
            //读取来自服务器的反馈
            try(BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()))){
                String reply = reader.readLine();
                System.out.println("服务器的反馈："+reply);
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

总结：

使用Java进行TCP编程时, 需要使用Socket模型（TCP协议被封装在其中）:

• 服务器端用ServerSocket 监听指定端口;
• 客户端使用Socket(InetAddress, port) 连接服务器;
• 服务器端用accept( )接收连接并返回Socket 实例;
• 双方通过Socket打开Inputstream / outputstream 读写数据;
• 服务器端通常使用多线程同时处理多个客户端连接,利用线程池可大幅提升效率;
• flush()方法用于强制输出缓冲区到网络。