基于TCP的Socket通信

深藏阁楼爱情的钟 2021-08-29 13:55 421阅读 0赞

### 基于TCP的Socket通信 ###

TCP提供基于“流”的“长连接”的数据传递，发送的数据带有顺序性。

TCP是一种流协议，以流为单位进行数据传输。

*  **短连接：** 短连接是当服务端与客户端连接成功后开始传输数据，数据传输完毕后则连接立即关闭，如果还想再次传输数据，则需要再创建新的连接进行数据传输。
 *  **长连接：** 长连接可以实现当服务端与客户端连接成功后连续地传输数据，在这个过程中，连接保持开启的状态，数据传输完毕后连接不关闭。长连接是指建立Socket连接后，无论是否使用这个连接，该连接都保持连接的状态。
 *  **连接：** 在TCP/IP中，连接可以认为是服务端与客户端确认彼此都存在的过程。这个过程需要实现，就要创建连接，如何创建连接(环境)呢?需要服务端与客户端进行3次握手，握手成功之后，说明服务端与客户端之间能实现数据通信。如果建立连接的过程是成功的，就说明连接被成功创建。在创建好的1个连接中，使用TCP可以实现多次的数据通信。在多次数据通信的过程中，服务端与客户端要进行彼此都存在的过程验证，也就是验证连接是否正常，如果连接正常，并且多次通信，则这就是长连接。长连接就是复用当前的连接以达到数据多次通信的目的。由于复用当前的连接进行数据通信，因此不需要重复创建连接，传输效率比较高。而当实现1次数据通信之后，关闭连接，这种情况就可称为短连接。使用短连接进行数据传输时，由于每次传输数据前都要创建连接，这样会产生多个连接对象，增大占用内存的空间，在创建连接时也要进行服务端与客户端之间确认彼此存在，确认的过程比较耗时，因此运行效率较低。由于UDP是无连接协议，也就是服务端与客户端没有确认彼此都存在的握手过程，因此`在UDP里面不存在长连接与短连接的概念`。

长连接的优缺点：

*  优点:除了第一次之外，客户端不需要每次传输数据时都先与服务端进行握手，这样就减少了握手确认的时间，直接传输数据，提高程序运行效率。
 *  缺点:在服务端保存多个Socket对象，大量占用服务器资源。

短连接的优缺点：

1.  优点:在服务端不需要保存多个Socket对象，降低内存占用率。
2.  缺点:每次传输数据前都要重新创建连接，也就是每次都要进行3次握手，增加处理的时间。

#### 验证ServerSocket类的accept()方法具有阻塞特性 ####

ServerSocket类的作用是创建Socket (套接字)的服务端，而Socket类的作用是创建Socket的客户端。在代码层面使用的方式就是使用Socket类去连接ServerSocket类，也就是客户端要主动连接服务端。

`ServerSocket类中的public Socket accept()` 方法的作用是侦听并接受此套接字的连接。此方法在连接传人之前一直阻塞。public Socket accept()方法的返回值是Socket类型。  
在本实验中，将验证ServerSocket类中的accept()方法具有阻塞特性，也就是当没有客户端连接服务端时，呈阻塞状态。

try { 
                ServerSocket socket = new ServerSocket(8088);
                System.out.println("server阻塞开始=" + System.currentTimeMillis());
                socket.accept();
                System.out.println("server阻塞结束=" + System.currentTimeMillis());
                socket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }

因为没有客户端，所以服务端就会一直阻塞。

//客户端
    public static void main(String[] args) { 
            Socket socket = null;
            try { 
                socket = new Socket("localhost", 8088);
                System.out.println("socket连接成功!");
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }

运行客户端，一旦连接到服务端，阻塞变结束。

构造方法`public Socket(String host, int port)`第一个参数host可以是IP，也可以是域名。  
如果host参数不存在，则会抛出UnknowHostException异常。

#### 验证Socket中InputStream类的read()方法也具有阻塞特性 ####

public static void main(String[] args) { 
            try { 
                byte[] byteArray = new byte[1024];
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
                System.out.println("accept begin " + System.currentTimeMillis());
                Socket socket = serverSocket.accept();//阻塞效果
                System.out.println("accept end " + System.currentTimeMillis());
    
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                System.out.println("read begin " + System.currentTimeMillis());
                int readLength = inputStream.read(byteArray);//阻塞效果
                System.out.println("read end " + System.currentTimeMillis());
                inputStream.close();
                socket.close();;
                serverSocket.close();
    
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    
    public static void main(String[] args) { 
            try { 
                System.out.println("Socket begin " + System.currentTimeMillis());
                Socket socket = new Socket("localhost", 8088);
                System.out.println("Socket end " + System.currentTimeMillis());
                Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
                socket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }

服务端输出：

accept begin 1591542927764
    accept end 1591542929700
    read begin 1591542929701

在read()处阻塞的原因是客户端并未发送数据到服务端，服务端会一直尝试读取从客户端传递过来的数据，尾音客户端从未发送数据给服务端，所以服务端一直在阻塞。

#### 客户端向服务端传递字符串 ####

public static void main(String[] args) { 
            try { 
                char[] charArray = new char[3];
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
                Socket socket = serverSocket.accept();
    
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
                int readLength = inputStreamReader.read(charArray);
                while (-1 != readLength) { 
                    String str = new String(charArray, 0, readLength);
                    System.out.println(str);
                    readLength = inputStreamReader.read(charArray);
                }
                inputStreamReader.close();
                inputStream.close();
                socket.close();
                serverSocket.close();
    
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    
    public static void main(String[] args) { 
            try { 
                Socket socket = new Socket("localhost", 8088);
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                outputStream.write("向服务端传送的数据".getBytes());
                outputStream.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }

服务端输出：

向服务
    端传送
    的数据

#### 服务端向客户端传递字符串 ####

public static void main(String[] args) { 
            try { 
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
                Socket socket = serverSocket.accept();
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                outputStream.write("服务端向客户端发送消息".getBytes());
                outputStream.close();
                socket.close();
                serverSocket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    public static void main(String[] args) { 
            try { 
                Socket socket = new Socket("localhost", 8088);
                char[] charBuffer = new char[3];
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
                int readLength = inputStreamReader.read(charBuffer);
                while (-1 != readLength) { 
                    System.out.println(new String(charBuffer, 0, readLength));
                    readLength = inputStreamReader.read(charBuffer);
                }
                inputStreamReader.close();
                inputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }

客户端输出：

服务端
    向客户
    端发送
    消息

#### 实现服务端与客户端多次的往来通信 ####

public static void main(String[] args) { 
            try { 
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
                Socket socket = serverSocket.accept();
    
                //输入开始
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);
                int byteLength = objectInputStream.readInt();
                byte[] byteArray = new byte[byteLength];
                objectInputStream.readFully(byteArray);
                String str = new String(byteArray);
                System.out.println(str);
                //输入结束
    
                //输出开始
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                String strA = "客户端你好A\n";
                String strB = "客户端你好B\n";
                String strC = "客户端你好C\n";
    
                int allStrByteLength = (strA + strB + strC).getBytes().length;
    
                ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream);
                objectOutputStream.writeInt(allStrByteLength);
                objectOutputStream.flush();
    
                objectOutputStream.write(strA.getBytes());
                objectOutputStream.write(strB.getBytes());
                objectOutputStream.write(strC.getBytes());
                objectOutputStream.flush();
                //输出结束
    
                //输入开始
                byteLength = objectInputStream.readInt();
                byteArray = new byte[byteLength];
                objectInputStream.readFully(byteArray);
                str = new String(byteArray);
                System.out.println(str);
                //输入结束
    
                //输出开始
                outputStream = socket.getOutputStream();
                String strD = "客户端你好D\n";
                String strE = "客户端你好E\n";
                String strF = "客户端你好F\n";
    
                allStrByteLength = (strD + strE + strF).getBytes().length;
    
                objectOutputStream.writeInt(allStrByteLength);
                objectOutputStream.flush();
    
                objectOutputStream.write(strD.getBytes());
                objectOutputStream.write(strE.getBytes());
                objectOutputStream.write(strF.getBytes());
                objectOutputStream.flush();
                //输出结束
    
                inputStream.close();
                socket.close();
                serverSocket.close();
    
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    
    
    public static void main(String[] args) { 
            try { 
                Socket socket = new Socket("localhost", 8088);
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    
                //输出开始
                ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream);
                String strA = "服务端你好A\n";
                String strB = "服务端你好B\n";
                String strC = "服务端你好C\n";
    
                int allStrByteLength = (strA + strB + strC).getBytes().length;
    
                objectOutputStream.writeInt(allStrByteLength);
                objectOutputStream.flush();
    
                objectOutputStream.write(strA.getBytes());
                objectOutputStream.write(strB.getBytes());
                objectOutputStream.write(strC.getBytes());
                objectOutputStream.flush();
                //输出结束
    
                //输入开始
                ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);
                int byteLength = objectInputStream.readInt();
                byte[] byteArray = new byte[byteLength];
                objectInputStream.readFully(byteArray);
                String str = new String(byteArray);
                System.out.println(str);
                //输入结束
    
                //输出开始
                String strD = "服务端你好D\n";
                String strE = "服务端你好E\n";
                String strF = "服务端你好F\n";
                allStrByteLength = (strD + strE + strF).getBytes().length;
                objectOutputStream.writeInt(allStrByteLength);
                objectOutputStream.flush();
                objectOutputStream.write(strD.getBytes());
                objectOutputStream.write(strE.getBytes());
                objectOutputStream.write(strF.getBytes());
                objectOutputStream.flush();
                //输出结束
    
                //输入开始
                byteLength = objectInputStream.readInt();
                byteArray = new byte[byteLength];
                objectInputStream.readFully(byteArray);
                str = new String(byteArray);
                System.out.println(str);
                //输入结束
    
                objectOutputStream.close();
                outputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }

客户端输出：

客户端你好A
    客户端你好B
    客户端你好C
    
    客户端你好D
    客户端你好E
    客户端你好F

服务端输出：

服务端你好A
    服务端你好B
    服务端你好C
    
    服务端你好D
    服务端你好E
    服务端你好F

`注意：`Stream 在Socket技术中进行应用时，如果关闭返回的Stream,将关闭关联的Socket (套接字),类型为InputStream的对象inputStream的真正数据类型是java.net.SocketInputStream。

当调用java.net.SocketInputStream类的close()方法时，顺便也将Socket(套接字)close()关闭。如果Socket关闭，则服务端与客户端不能进行通信。

#### 集合多线程实现通信 ####

public class Server4113 { 
        public static void main(String[] args) { 
            try { 
                Executor pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
                for (;;) { 
                    Socket socket = serverSocket.accept();
                    pool.execute(new ReadRunnable(socket));
                }
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    class ReadRunnable implements Runnable { 
    
        private Socket socket;
    
        public ReadRunnable(Socket socket) { 
            this.socket = socket;
        }
    
        @Override
        public void run() { 
            try { 
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                byte[] byteArray = new byte[100];
                int readLength = inputStream.read(byteArray);
                while (readLength != -1) { 
                    System.out.println(new String(byteArray, 0, readLength));
                    readLength = inputStream.read(byteArray);
                }
                inputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

public class Client4113 { 
        public static void main(String[]args) { 
            try { 
                Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                OutputStreamWriter outputStreamWriter = new OutputStreamWriter(outputStream);
                outputStreamWriter.write("客户端发送消息...");
                outputStreamWriter.flush();
                Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
                outputStreamWriter.close();
                outputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

`注意：`

1.  服务端先获得 ObjectInputStream对象,客户端就要先获得 ObjectOutputStream对象;
2.  服务端先获得 ObjectOutputStream对象,客户端就要先获得 ObjectInputStream对象。