计算机网络---TCP套接字编程(Java)

✨计算机网络 — 网络编程套接字之TCP套接字编程

作者介绍:

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✨✨我和大家一样都是热爱编程✨,很高兴能在此和大家分享知识,希望在分享知识的同时,能和大家一起共同进步,取得好成绩🤳,今天大家进入网络编程的新章节,如果有错误❌,欢迎指正哟😋,咋们废话不多说,跟紧步伐,开始学习吧~😊

前言:

前面给大家介绍了计算机网络—网络编程套接字之UDP数据报套接字编程,今天和大家一起继续学习,计算机网络 — 网络编程套接字之TCP套接字编程

文章目录

TCP套接字编程基本概念

套接字是一种网络API，

提供一种进程间的通信方法

，使得相同主机或者不同主机上的进程能够使用socket定义的规范进行双向的数据通信。

进程之间调用套接字接口实现相互通信

，套接字接口利用下层的网络通信协议功能和系统调用实现实际的通信工作（这一部分对于编程者是透明的）
简单说,通过 socket 我们可以实现进程间的通信

TCP API中的两大核心类

1.ServerSocket API
2.Socket API

ServerSocket类的常用构造方法及其方法

ServerSocket 构造方法：:

ServerSocket(int port):创建绑定到特定端口的服务器套接字。

ServerSocket 方法：

accept():侦听并接受到此套接字的连接。
getInetAddress():返回此服务器套接字的本地地址。

Socket类的常用构造方法及其方法

Socket 构造方法：

1.Socket(InetAddress address, int port):
创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
2.Socket(String host, int port):
创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
3.Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort):
创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
4.Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort):
创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。

Socket 方法：

close()
关闭此套接字。
connect(SocketAddress endpoint)
将此套接字连接到服务器。
connect(SocketAddress endpoint, int timeout)
将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。
getInetAddress()
返回套接字连接的地址。
getInputStream()
返回此套接字的输入流。
getLocalPort()
返回此套接字绑定到的本地端口。
getOutputStream()
返回此套接字的输出流。
getPort()
返回此套接字连接到的远程端口。

代码实例以及详细图文解析

实例1:TCP回显服务

服务器:

进行网络编程,第一步就需要

先准好 socket 实例

,这是网络编程的大前提

注意:

多个进程不能绑定同一个端口,一个进程能够绑定多个端口

启动服务器,分四个步骤

1.建立连接

2.读取客户端发来的请求

3.根据请求计算响应

4.把响应写回到客户端

客户端:

和服务器连接成分四个步骤:

1. 从控制台读取字符串
   

2. 根据读取的字符串,构造请求,把请求发给服务器
   

3. 从服务器读取响应,并解析
   

4. 把结果显示到控制台上
   

输出结果:

整体代码:

//服务器
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;

public class TcpEchoServer {
    // listen => 英文原意 监听~~
    // 但是在 Java socket 中是体现不出来 "监听" 的含义的~~
    // 之所以这么叫, 其实是 操作系统原生的 API 里有一个操作叫做 listen
    // private ServerSocket listenSocket = null;
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);//给服务器指定端口号
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        while (true) {
            // 由于 TCP 是有连接的, 不能一上来就读数据, 而要先建立连接. (接电话)
            // accept 就是在 "接电话", 接电话的前提是, 有人给你打了~~, 如果当前没有客户端尝试建立连接, 此处的 accept 就会阻塞.
            // accept 返回了 一个 socket 对象, 称为 clientSocket. 后续和客户端之间的沟通, 都是通过 clientSocket 来完成的.
            // 进一步讲, serverSocket 就干了一件事, 接电话~~
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            processConnection(clientSocket);
        }
    }

    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端建立连接!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
        // 接下来来处理请求和响应
        // 这里的针对 TCP socket 的读写就和文件读写是一模一样的!!
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
            try (OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
                // 循环的处理每个请求, 分别返回响应
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                while (true) {
                    // 1. 读取请求
                    if (!scanner.hasNext()) {
                        System.out.printf("[%s:%d] 客户端断开连接!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
                        break;
                    }
                    // 此处用 Scanner 更方便. 如果不用 Scanner 就用原生的 InputStream 的 read 也是可以的
                    String request = scanner.next();
                    // 2. 根据请求, 计算响应
                    String response = process(request);
                    // 3. 把这个响应返回给客户端
                    // 为了方便起见, 可以使用 PrintWriter 把 OutputStream 包裹一下
                    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                    printWriter.println(response);
                    // 刷新缓冲区, 如果没有这个刷新, 可能客户端就不能第一时间看到响应结果.
                    printWriter.flush();
                    System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", clientSocket.getInetAddress().toString(),
                            clientSocket.getPort(), request, response);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 此处要记得来个关闭操作.
            try {
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

//客户端
package network;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoClient {
    // 用普通的 socket 即可, 不用 ServerSocket 了
    // 此处也不用手动给客户端指定端口号, 让系统自由分配.
    private Socket socket = null;

    public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException {
        // 其实这里是可以给的. 但是这里给了之后, 含义是不同的. ~~
        // 这里传入的 ip 和 端口号 的含义表示的不是自己绑定, 而是表示和这个 ip 端口建立连接!!
        // 调用这个构造方法, 就会和服务器建立连接 (打电话拨号了)
        socket = new Socket(serverIP, serverPort);
    }

    public void start() {
        System.out.println("和服务器连接成功!");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream()) {
            try (OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
                while (true) {
                    // 要做的事情, 仍然是四个步骤
                    // 1. 从控制台读取字符串
                    System.out.print("-> ");
                    String request = scanner.next();
                    // 2. 根据读取的字符串, 构造请求, 把请求发给服务器
                    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                    printWriter.println(request);
                    printWriter.flush(); // 如果不刷新, 可能服务器无法及时看到数据.
                    // 3. 从服务器读取响应, 并解析
                    Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);
                    String response = respScanner.next();
                    // 4. 把结果显示到控制台上.
                    System.out.printf("req: %s, resp: %s\n", request, 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();
    }
}

实例2:多线程版本TCP回显服务

服务器:

客户端:

客户端不变,和上述代码一致。

运行结果:

具体代码:

//服务器
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;

public class TcpThreadEchoServer {
    // 但是在 Java socket 中是体现不出来 "监听" 的含义的~~
    // 之所以这么叫, 其实是 操作系统原生的 API 里有一个操作叫做 listen
    // private ServerSocket listenSocket = null;
    private ServerSocket serverSocket = null;

    public TcpThreadEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        while (true) {
            // 由于 TCP 是有连接的, 不能一上来就读数据, 而要先建立连接. (接电话)
            // accept 就是在 "接电话", 接电话的前提是, 有人给你打了~~, 如果当前没有客户端尝试建立连接, 此处的 accept 就会阻塞.
            // accept 返回了 一个 socket 对象, 称为 clientSocket. 后续和客户端之间的沟通, 都是通过 clientSocket 来完成的.
            // 进一步讲, serverSocket 就干了一件事, 接电话~~
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            // [改进方法] 在这个地方, 每次 accept 成功, 都创建一个新的线程, 由新线程负责执行这个 processConnection 方法~
            Thread t = new Thread(() -> {
                processConnection(clientSocket);
            });
            t.start();
        }
    }

    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端建立连接!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
        // 接下来来处理请求和响应
        // 这里的针对 TCP socket 的读写就和文件读写是一模一样的!!
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
            try (OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
                // 循环的处理每个请求, 分别返回响应
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                while (true) {
                    // 1. 读取请求
                    if (!scanner.hasNext()) {
                        System.out.printf("[%s:%d] 客户端断开连接!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
                        break;
                    }
                    // 此处用 Scanner 更方便. 如果不用 Scanner 就用原生的 InputStream 的 read 也是可以的
                    String request = scanner.next();
                    // 2. 根据请求, 计算响应
                    String response = process(request);
                    // 3. 把这个响应返回给客户端
                    // 为了方便起见, 可以使用 PrintWriter 把 OutputStream 包裹一下
                    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                    printWriter.println(response);
                    // 刷新缓冲区, 如果没有这个刷新, 可能客户端就不能第一时间看到响应结果.
                    printWriter.flush();

                    System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", clientSocket.getInetAddress().toString(),
                            clientSocket.getPort(), request, response);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 此处要记得来个关闭操作.
            try {
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpThreadEchoServer server = new TcpThreadEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

实例3:线程池版本

//服务器:
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;

public class TcpThreadPoolEchoServer {
    // 但是在 Java socket 中是体现不出来 "监听" 的含义的~~
    // 之所以这么叫, 其实是 操作系统原生的 API 里有一个操作叫做 listen
    // private ServerSocket listenSocket = null;
    private ServerSocket serverSocket = null;

    public TcpThreadPoolEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        while (true) {
            // 由于 TCP 是有连接的, 不能一上来就读数据, 而要先建立连接. (接电话)
            // accept 就是在 "接电话", 接电话的前提是, 有人给你打了~~, 如果当前没有客户端尝试建立连接, 此处的 accept 就会阻塞.
            // accept 返回了 一个 socket 对象, 称为 clientSocket. 后续和客户端之间的沟通, 都是通过 clientSocket 来完成的.
            // 进一步讲, serverSocket 就干了一件事, 接电话~~
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            // [改进方法] 在这个地方, 每次 accept 成功, 都创建一个新的线程, 由新线程负责执行这个 processConnection 方法~
            // 通过线程池来实现
            pool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    processConnection(clientSocket);
                }
            });
        }
    }

    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端建立连接!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
        // 接下来来处理请求和响应
        // 这里的针对 TCP socket 的读写就和文件读写是一模一样的!!
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
            try (OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
                // 循环的处理每个请求, 分别返回响应
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                while (true) {
                    // 1. 读取请求
                    if (!scanner.hasNext()) {
                        System.out.printf("[%s:%d] 客户端断开连接!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
                        break;
                    }
                    // 此处用 Scanner 更方便. 如果不用 Scanner 就用原生的 InputStream 的 read 也是可以的
                    String request = scanner.next();
                    // 2. 根据请求, 计算响应
                    String response = process(request);
                    // 3. 把这个响应返回给客户端
                    // 为了方便起见, 可以使用 PrintWriter 把 OutputStream 包裹一下
                    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                    printWriter.println(response);
                    // 刷新缓冲区, 如果没有这个刷新, 可能客户端就不能第一时间看到响应结果.
                    printWriter.flush();

                    System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", clientSocket.getInetAddress().toString(),
                            clientSocket.getPort(), request, response);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 此处要记得来个关闭操作.
            try {
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpThreadPoolEchoServer server = new TcpThreadPoolEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

总结

“种一颗树最好的是十年前,其次就是现在”
所以,
“让我们一起努力吧,去奔赴更高更远的山海”

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