基于TCP协议的Socket编程

今天药忘吃喽~ 2022-11-29 03:04 168阅读 0赞

### 一、基于TCP协议的网络编程 ###

1、TCP/IP是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket，从而在通信的两端之间形成网络虚拟链路；

一旦建立了虚拟的网络链路，两端的程序就可以通过虚拟链路来进行通信；

2、Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

Java对基于TCP/IP协议的网络通信提供了良好的封装；

Java使用Socket对象来代表两端（服务器程序和客户端程序）的通信端口；并通过Socket产生的IO流来进行通信。

其中 ServerSocket 类表示 Socket 服务器端，Socket 类表示 Socket 客户端。这两个类中的方法都比较相同。

简单来说，Java的网络编程是使用Socket对象进行的I/O编程。

**1、ServerSocket 类**

用来实现服务器套接字。服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。

服务器套接字一次可以与一个套接字连接，如果多台客户端同时提出连接请求，请求连接的客户端会被存入一个队列中，然后从中取出一个套接字与服务器新建的套接字连接起来。

若请求连接大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝；默认的队列大小是 50。

**1. ServerSocket 的构造方法**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">ServerSocket</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;创建非绑定服务器套接字。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">ServerSocket</a>(int&nbsp;port)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;创建绑定到特定端口的服务器套接字。backlog （默认队列大小是50）</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">ServerSocket</a>(int&nbsp;port, int&nbsp;backlog)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td><code><a rel="nofollow">ServerSocket</a>(int&nbsp;port, int&nbsp;backlog, <a rel="nofollow">InetAddress</a>&nbsp;bindAddr)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**2. ServerSocket 的常用方法**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;<a rel="nofollow">Socket</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">accept</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;侦听并接受到此套接字的连接。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">bind</a>(<a rel="nofollow">SocketAddress</a>&nbsp;endpoint)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;将 <code>ServerSocket</code> 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">bind</a>(<a rel="nofollow">SocketAddress</a>&nbsp;endpoint, int&nbsp;backlog)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;将 <code>ServerSocket</code> 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">close</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;关闭此套接字。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;<a rel="nofollow">ServerSocketChannel</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getChannel</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回与此套接字关联的唯一 <a rel="nofollow"><code>ServerSocketChannel</code></a> 对象（如果有）。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;<a rel="nofollow">InetAddress</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getInetAddress</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回此服务器套接字的本地地址。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;int</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getLocalPort</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回此套接字在其上侦听的端口。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;<a rel="nofollow">SocketAddress</a></code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getLocalSocketAddress</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回此套接字绑定的端点的地址，如果尚未绑定则返回 <code>null</code>。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;int</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">getReceiveBufferSize</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;获取此 ServerSocket 的 SO_RCVBUF 选项的值，该值是将用于从此 ServerSocket 接受的套接字的建议缓冲区大小。</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

调用 accept() 方法会返回一个和客户端 Socket 对象相连接的 Socket 对象。

*  服务器端的 Socket使用 getOutputStream() 方法获得的输出流，将指向客户端 Socket 使用 getInputStream() 方法获得那个输入流。
 *  同样，服务器端的 Socket使用的 getInputStream() 方法获得的输入流，将指向客户端 Socket 使用的 getOutputStream() 方法获得的那个输出流。
 *  也就是说，当服务器向输出流写入信息时，客户端通过相应的输入流就能读取，反之同样如此。

**2、Socket 类**

用来实现客户端套接字。用于呼叫远端机器上的一个端口，主动向服务器端发送数据（当连接建立后也能接收数据）。

**1. Socket 的构造方法**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">Socket</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">Socket</a>(<a rel="nofollow">InetAddress</a>&nbsp;address, int&nbsp;port)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;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。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">Socket</a>(<a rel="nofollow">InetAddress</a>&nbsp;address, int&nbsp;port, <a rel="nofollow">InetAddress</a>&nbsp;localAddr, int&nbsp;localPort)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;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。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">Socket</a>(<a rel="nofollow">Proxy</a>&nbsp;proxy)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;创建一个未连接的套接字并指定代理类型（如果有），该代理不管其他设置如何都应被使用。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">Socket</a>(<a rel="nofollow">String</a>&nbsp;host, int&nbsp;port)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;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。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">Socket</a>(<a rel="nofollow">String</a>&nbsp;host, int&nbsp;port, <a rel="nofollow">InetAddress</a>&nbsp;localAddr, int&nbsp;localPort)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;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。</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**2. Socket 的常用方法**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th colspan="2">方法摘要</th> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">bind</a>(<a rel="nofollow">SocketAddress</a>&nbsp;bindpoint)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;将套接字绑定到本地地址。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">close</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;关闭此套接字。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">connect</a>(<a rel="nofollow">SocketAddress</a>&nbsp;endpoint)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;将此套接字连接到服务器。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">connect</a>(<a rel="nofollow">SocketAddress</a>&nbsp;endpoint, int&nbsp;timeout)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;boolean</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">isBound</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回套接字的绑定状态。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;boolean</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">isClosed</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回套接字的关闭状态。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;boolean</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">isConnected</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回套接字的连接状态。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;boolean</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">isInputShutdown</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回是否关闭套接字连接的半读状态 (read-half)。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;boolean</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">isOutputShutdown</a>()</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;返回是否关闭套接字连接的半写状态 (write-half)。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">setSoLinger</a>(boolean&nbsp;on, int&nbsp;linger)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;启用/禁用具有指定逗留时间（以秒为单位）的 SO_LINGER。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;"><code>&nbsp;void</code></td> 
 <td><code><a rel="nofollow">setSoTimeout</a>(int&nbsp;timeout)</code> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;启用/禁用带有指定超时值的 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

> **SO\_TIMEOUT选项**
> 
> 该选项表示accept()方法等待客户端连接的时间，以毫秒为单位。
> 
> 当accept()方法在超时时间内没有获得连接，就会抛出SocketTImeoutException。
> 
> 选项必须在进入阻塞操作前被启用才能生效。超时值必须是 > 0 的数。超时值为 0 被解释为无穷大超时值。 
> 
> **SO\_REUSEADDR选项**
> 
> 关闭 TCP 连接时，该连接可能在关闭后的一段时间内保持超时状态。
> 
> 此时，是否允许新的ServerSocket绑定到与旧的ServerSocket 同样的端口上，在某些操作系统上允许重用端口，有些则不允许。很多服务器程序都是用固定的端口，当程序关闭后，端口可能还被占用一段时间，如果此时立刻重启服务器，服务器就会无法绑定端口，抛出BindException异常。为了确保不发生这种异常，就可以调用ServerSocket的setReuseAddress(boolean on)方法：
> 
> if(!serverSocket.getResuseAddress()) 
> 
> serverSocket.setReuseAddress(boolean on);
> 
> 该方法必须在绑定端口前设置。
> 
> **SO\_RCVBUF选项**
> 
> 用于设置内部套接字接收缓冲区的大小和设置公布到远程同位体的 TCP 接收窗口的大小。 
> 
> 该方法必须在绑定端口前设置。  
>

### 基于TCP的套接字编程实现流程 ###

**服务器端流程：**

1.  创建服务器套接字（ServerSocket）
2.  将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
3.  将套接字设定为监听模式，准备接受客户端请求（listen）
4.  阻塞等待客户端请求到来。当请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此客户端连接的套接字socketClient（accept）
5.  用返回的套接字socketClient和客户端进行通信（IO流操作）
6.  返回，等待另一个客户端请求（accept）
7.  关闭套接字（close）

**客户端流程：**

1.  创建客户端套接字（Socket）
2.  向服务器发出连接请求（connect）
3.  和服务器进行通信（IO流操作）
4.  关闭套接字（close）

/**
     * 服务器端
     */
    public class Server {
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 创建一个ServerSocket，用于监听客户端的连接请求
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));
    
            // 使用循环不断地接受来自客户端的连接
            while (true) {
                Socket socket= serverSocket.accept();
    
                // IO流交互通信
                PrintStream printStream = new PrintStream(socket.getOutputStream(), true, "UTF-8");
                printStream.println("服务器说:" + socket.getInetAddress() + "，来了老弟");
    
                BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));
                System.out.println("来自客户端的信息：" + in.readLine());
    
                // 关闭
                printStream.close();
                in.close();
                socket.close();
            }
            
        }
    }
    
    /**
     * 客户端的代码
     */
    public class Client {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 创建一个Socket，向服务器发出连接请求
            Socket socket = new Socket();
            socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));
    
            // IO流交互通信
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));
            System.out.println("来自服务器的信息：" + reader.readLine());
    
            PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream(), true, "UTF-8");
            ps.println("客户端向你问好");
    
            // 关闭
            reader.close();
            socket.close();
        }
    }

—— Stay Hungry. Stay Foolish. 求知若饥，虚心若愚。