Java Web 实战 15 - 计算机网络之网络编程套接字

大家好 , 这篇文章给大家带来的是网络编程中的套接字 , 我们会着重讲解 socket 的套接字 , 包括了 UDP 的 Socket API 和 TCP 的 Socket API , 干货十足
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文章专栏在此

一 . 网络编程中的基本概念

1.1 网络编程

写代码 , 实现 两个/多个 进程 , 通过网络 , 来进行相互通信

我们之前介绍过 : 进程具有隔离性 (每个进程都有自己独立的虚拟地址空间)
进程间通信 , 借助每一个进程都能访问到的公共区域 , 完成数据交换
网络编程 , 也是一种进程间通信的方式 , 借助的公共区域就是网卡 , 这是当下最主流的方式 , 既能够让同一个主机的多个进程间通信 , 也可以让不同主机的多个进程间通信

1.2 客户端(client) / 服务器(server)

客户端 : 主动发送网络数据的一方
服务器 : 被动接受网络数据的一方

因为服务器无法知道客户端什么时候发送来资源 , 因此就只能长时间运行 , 甚至 7*24 小时运行

1.3 请求(request) / 响应(response)

请求 : 客户端给服务器发送的数据.
响应 : 服务器给客户端返回的数据.

1.4 客户端和服务器之间的交互数据

1.4.1 一问一答

客户端给服务器发个请求 , 服务器给客户端返回个响应
这是最常见的方式 , 比如 : 浏览网页

1.4.2 多问一答

客户端发多个请求 , 服务器返回一个响应
更少见一些 , 比如上传文件

1.4.3 一问多答

客户端发一个请求 , 服务器返回多个响应
还比较常见 , 比如下载文件

1.4.4 多问多答

客户端发送多个请求 , 服务器返回多个响应
比如 : 远程控制、游戏串流

所谓“串流游戏”，实际上是指通过有线或无线 WiFi 网络，将 PC / macOS / Linux 电脑上的游戏画面 实时“远程投射” 到另外一台设备屏幕上，如 iPhone、iPad、安卓手机、平板、智能电视或笔记本上，并进行远程游玩。

二 . socket 套接字

进行网络编程 , 需要使用操作系统提供的网络编程 API

在传输层提供了两个非常重要且截然不同的协议 : TCP 和 UDP
这两个协议对应的 socket api 也是完全不同的
先简单的给大家总结一下 TCP 和 UDP
TCP : 有连接 , 可靠传输 , 面向字节流 , 全双工
UDP : 无连接 , 不可靠传输 , 面向数据报 , 全双工

有连接 : 打电话 -> 先建立连接 , 然后再通信
无连接 : 发微信 -> 不必建立连接 , 直接通信即可

网络通信无法保证 100% 到达的 (最糟糕的情况 : 网线被修狗咬断了)
可靠传输 : 数据 对方收没收到 , 发送方能够有感知
不可靠传输 : 数据 对方收没收到 , 发送方啥也不知道
打电话就相当于可靠传输 , 发微信就相当于不可靠传输

面向字节流 : 这里的字节流和文件那里的字节流是一样的 , 像水流一样 , 想传多少就传多少
面向数据报 : 以数据报作为传输的基本单位

全双工 : 双向通信 , 一个管道 , 能够 A -> B , 同时也能 B -> A (同时进行)
半双工 : 单向通信 , 一个管道 , 同一时刻 , 只能够 A -> B , 要么 B -> A (合走各的)

类似 , 网络通信主要借助网线来进行通信 . 一个标准的以太网线 , 里面其实是 8 根铜线 , 就分成了两条路 : 4 条线用来上传 , 4 条路用来下载

2.1 UDP 的 Socket API

2.1.1 引子

在 UDP 的 Socket API 中 , 有两个核心类 :
DatagramSocket :
叫做 socket 类 , 本质上相当于是一个 “文件” . 在系统中 , 还有一种特殊的 socket 文件 , 对应到网卡设备 .
要想进行网络通信 , 就需要先打开 socket 文件 . 我们构造一个 DatagramSocket 对象 , 就相当于打开了一个内核中的 socket 文件 .
打开之后 , 就可以传输数据了
传输数据通过两个方法 : send(发送数据)、receive(接受数据)
还有一个 close 操作关闭文件

DatagramPacket :
表示一个 UDP 数据报 , UDP 是面向数据报的协议 , 传输数据 , 就是以 DatagramPacket 为基本单位

还有一个非常重要的类 : InetSocketAddress
他描述了网络上的一个地址 , 也就是 IP 地址 + 端口号

接下来 , 我们来写一个 UDP版本的回显服务器-客户端 (echo server)

回显服务器 : 客户端发什么 , 服务器返回什么
不涉及任何业务逻辑 , 单纯演示 API 的用法

我们创建两个类 : UdpEchoServer(回显服务器) 和 UdpEchoClient(回显客户端)
先编写服务器代码

2.1.2 服务器代码

package network;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;public class UdpEchoServer {// 要想创建 UDP 服务器,就需要先打开一个 socket 文件// 先不进行初始化private DatagramSocket socket = null;// 在构造方法中进行初始化// 创建实例的同时指定端口号(绑定一个端口) -> 把一个进程和一个端口号关联起来public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}// 启动服务器public void start() throws IOException {System.out.println("服务器已经启动");// 服务器是 7*24 运行的while (true) {// 1. 读取客户端发来的请求// 尝试读取,并不是调用了就一定能读到// 如果客户端没有发来请求,就会阻塞等待// 直到真的有客户端的请求过来了,receive才会返回// receive 属于输出型参数// 我们需要先构造参数,然后将数据写入到输出型参数中DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(requestPacket);// 2. 对请求进行解析(把 DatagramPacket 转换成 String)// requestPacket 内部就是字节数组,用 getData 将内部的字节数组取出来// 再设置从哪到哪取出String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());// 3. 根据请求处理响应// 虽然咱们这里是个回显服务器,但是还是可以单独搞个方法处理响应String response = process(request);// 4. 把响应构造成 DatagramPacket 对象// 第一个参数:把 String 转换成字节数组// 第二个参数:返回的字节数组的长度// 第三个参数:构造响应对象->谁给咱们发来的请求,就把响应发给谁DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());// 5. 把 DatagramPacket 返回socket.send(responsePacket);// 打印日志// IP地址+端口号+请求+响应System.out.printf("[%s:%d] req=%s resp=%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);}}// 根据请求处理响应// 回显服务器:不用处理任何逻辑public String process(String request) {return request;}// 启动服务器public static void main(String[] args) throws IOException {// 端口号可以在一定范围内(0~65535)随便写// 一般来说,1024以下的端口是系统留着自己用的,我们就不跟他抢了UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(8000);server.start();}
}

其中 , 服务器的代码中有许多问题 , 我们也在这张图片里面给大家讲解了

再去编写客户端的代码

2.1.3 客户端代码

package network;import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class UdpEchoClient {// 还是一样,先设置成 nullprivate DatagramSocket socket = null;// 客户端的端口号一般都是操作系统自动分配的public UdpEchoClient() throws SocketException {socket = new DatagramSocket();}public void start() throws IOException {// 前置工作:让用户往控制台中输入请求内容Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {// 1. 让客户端从控制台读取一个请求数据System.out.print("> ");String request = sc.next();// 2. 把这个字符串请求发送给服务器// 就需要构造 DatagramPacket// 构造的 DatagramPacket 既要包含要传输的数据,还要指定要把数据传输到哪里DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 8000);// 3. 把数据报发给服务器socket.send(requestPacket);// 4. 从服务器读取响应数据DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(responsePacket);// 5. 把响应的数据获取出来,转成字符串String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());// 6. 打印报文System.out.printf("req:%s,resp:%s\n", request, response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient client = new UdpEchoClient();client.start();}
}

我把客户端的代码中常见问题也展示在下方了

我们来梳理一下客户端和服务器的工作流程

这个事情 , 就相当于客户端想干一件事 , 但是不想亲力亲为 , 就要安排给别人做
上述流程 , 不仅仅是回显服务器客户端如此 , 大部分的客户端服务器都是如此 . 这是一套基本套路

我们运行一下

另外 , 我们的服务器是可以给多个客户端提供服务的
我们可以再运行一个客户端 , 不过需要设置



把这个选项勾选上 , 就可以启动多个客户端了

一个服务器的灵魂所在 , 就是 process 方法
一个服务器要完成的工作 , 都是通过 “根据请求计算相应” 来体现的 .
不管是啥样的服务器 , 读取请求并解析 , 构造响应并返回 , 这两个步骤 , 大同小异
唯有 “根据请求计算相应” 是千变万化的 , 是非常复杂的 , 可能一次处理请求就要经历 几w 几十w行 的代码来完成
如果我现在不是想写一个回显服务器了 , 而是一个带有业务逻辑的服务器 , 基于上述框架 , 稍作修改即可

举个栗子 : 我们新建一个 UdpDictServer 类(字典服务器 / 翻译服务器)
我们希望实现一个 英译汉 的效果
请求是一个英文单词 , 响应是他对应的翻译
UdpDictServer 只需要继承我们之前写过的 UdpEchoServer 即可

package network;// 翻译服务器
// 我们希望实现一个 英译汉 的效果
// 请求是一个英文单词 , 响应是他对应的翻译import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;// 我们之前已经实现过最基础的翻译服务器
// 只需要继承这个最简单的服务器,然后在这基础上稍加改动即可
public class UdpDictServer extends UdpEchoServer {private HashMap<String, String> dict = new HashMap<>();public UdpDictServer(int port) throws SocketException {super(port);// 我们在构造方法中构造数据dict.put("cat", "小猫");dict.put("dog", "小狗");dict.put("ox", "小牛");}// 和父类的 UdpEchoServer 相比// 只需要修改 process 方法@Overridepublic String process(String request) {// getOrDefault:哈希表中,有就返回.没有,就返回"我也不会"return dict.getOrDefault(request, "这个词我也不会");}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpDictServer udpDictServer = new UdpDictServer(8000);udpDictServer.start();}
}

客户端还用我们刚才写好的即可
运行一下

2.1.4 通过代码分析 UDP 的特点

UDP 是无连接的

UDP 是不可靠传输 , 这个在我们的代码中是看不出来的 , 是操作系统就这样实现的
UDP 是面向数据报的

UDP 是全双工的

2.1.5 小结

总结一下 : UDP 版本的 Socket API 有两个核心类
DatagramSocket : 表式内核里面的 socket 文件

• send
• receive
• close

DatagramPacket : 发送接收数据的基本单位
构造方法 :

1. 只包含缓冲区 , 用于接收数据的时候 , 构造了一个空的数据报.
2. 包含缓冲区和一个 InetAddress , 用于发送数据的时候 , 指定数据包含啥以及发到哪里去.
3. 包含缓冲区和一个 InetAddress + int , 用于发送数据的时候 , 指定数据包含啥以及发到哪里去.

但是我们刚才写的代码 , 并没有去 close 啊
文件打开之后 , 用完了就要及时关闭啊 , 那上述代码中为啥没 close ?
我们的服务器一般都是 7*24 小时运行的 , 上述代码中的 socket 对象 , 生命周期应该是伴随整个进程的
因此 , 进程结束之前 , 提前关闭 socket 对象是不合适的
而且如果进程已经结束 , 对应的 PCB 也就没了 , PCB 中的文件描述符表也就没了 . 此时也就相当于是关闭了

2.1.6 当我们发现某个端口 , 被其他进程占用了 , 单只咱们服务器启动不起来 , 怎么办 ?

使用 netstat 命令来找到是哪个进程占用的
netstat -ano | findstr "8000"

通过这条指令 , 就可以找到对应进程的 PID 了
我们就可以去任务管理器中找到对应线程然后关闭它

2.2 TCP 的 Socket API

2.2.1 引子

在 TCP 的 Socket API 中 , 主要涉及两个主要的类 :
ServerSocket API : 服务器端使用的 Socket
构造方法 : ServerSocket(int port) , 创建一个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端口
核心方法 :
accept() : accept没有参数 , 返回值是一个 Socket 对象 , 功能是等待有客户端和服务器建立上连接.
accept 则会把这个连接获取到进程中 , 进一步的通过返回值的 Socket 对象来和客户端进行交互

Socket : 服务器和客户端都会使用的 Socket
通过 Socket 对象,就可以进行发送/接收数据了.
核心方法 :
InputStream getInputStream()
OutputStream getOutputStream()
通过这两个方法 , 传输数据不再通过 Socket 对象 , 而是 Socket 内部包含了输入流对象和输出流对象
借助输入流对象来去读数据 , 也就是接收数据
借助输出流对象来去写数据 , 也就是发送数据

举个栗子 : 比如我们去万达吃饭 , 一般每个店铺都会让一个人专门在门口拉客
一位小哥哥把我们叫住 , 问我们想不想吃火锅 , 我们就跟他进去了
进去店铺之后 , 小哥哥就把我们交给一位小姐姐 , 接下来就是这个美女来服务我们
这种店铺是有明确分工的 , 小哥哥是外场拉客的 , 小姐姐是内场提供服务的
外场拉客就相当于 ServerSocket
内场服务就相当于 Socket
当外场小哥哥拉到了客人 (有连接过来了) , 就通过 accept 把连接交给了 Socket , 后续就通过 Socket 对象和客户端进行沟通

2.2.2 服务器的代码

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 {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器已经启动");while (true) {// accept 干的活是拉客// 对于操作系统来说,建立一个 TCP 连接,是内核操作// accept 要干的就是等连接建立好了,把这个连接给拿到应用程序中// 如果当前连接还未建立,accpet就会阻塞等待// accept 相当于有人给你打电话了,你按下接听键.如果没人给你打电话,你就会阻塞等待直到有人给你打电话Socket clientSocket = serverSocket.accept();processConnect(clientSocket);}}// 通过这个方法,给当前连接上的客户端提供服务// 一个连接过来了,服务方式可能有两种// 1. 一个连接只进行一次数据交互(一个请求+一个响应)  短连接// 2. 一个连接进行多次数据交互(N个请求+N个响应)     长连接// 此处是长连接的版本public void processConnect(Socket clientSocket) throws IOException {// 在最开始获取一下 IP地址和端口号System.out.printf("[%s,%d] 建立连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());/*// 接收数据InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();// 发送数据OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();*/// 使用字节流是不方便的// 我们就可以用 Scanner PrintWriter 来对他们进行封装try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {// 接收数据Scanner scanner = new Scanner(inputStream);// 发送数据PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 长连接的写法 -> 循环while (true) {// 判断还有没有数据// 读完了,后面没有数据,就相当于读到了 EOF// 这个操作就代表客户端断开连接,此时 hasNext 返回 falseif (!scanner.hasNext()) {// 连接断开// 打印一下哪个 IP+端口 连接断开了System.out.printf("[%s,%d] 断开连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求并解析String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回客户端printWriter.write(response);// 刷新一下缓冲区,避免数据真的没有发出去printWriter.flush();// 每次发送完毕,再来打印一下相关信息System.out.printf("[%s,%d] req:%s,resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort(), request, response);}}}// 回显服务器public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8000);server.start();}
}

上面的代码跟文件操作非常类似
因为 TCP 是面向字节流的 , Java 中就把 TCP 的相关方法设置成跟文件类似的操作了

2.2.3 客户端的代码

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 {// 在 TcpEchoServer 中需要 ServerSocket Socket 对象全部用到// 在 TcpEchoClient 中只需要 Socket 对象即可private Socket socket = null;public TcpEchoClient() throws IOException {// new 对象的时候就需要和服务器建立连接了// 要想建立连接,就需要知道服务器在哪里(IP地址+端口)socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);}public void start() throws IOException {// 用户从控制台输入Scanner scanner = new Scanner(System.in);// 由于我们是实现的是长连接,一个连接会处理 N 个请求和响应try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();) {// 从网络输入Scanner scannerNet = new Scanner(inputStream);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);while (true) {// 1. 从控制台读取用户输入什么?System.out.print("> ");String request = scanner.next();// 2. 把请求发送给服务器printWriter.write(request);printWriter.flush();// 3. 从服务器读取响应String response = scannerNet.next();// 4. 把结果显示到界面上System.out.printf("req:%s,resp:%s\n", request, response);}}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client = new TcpEchoClient();client.start();}
}

运行一下吧 (大家注意 : 要先启动服务器 , 再启动客户端)

得先餐馆开业 , 咱们才能去吃饭

那改正好的代码也贴给大家
TcpEchoServer

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 {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器已经启动");while (true) {// accept 干的活是拉客// 对于操作系统来说,建立一个 TCP 连接,是内核操作// accept 要干的就是等连接建立好了,把这个连接给拿到应用程序中// 如果当前连接还未建立,accpet就会阻塞等待// accept 相当于有人给你打电话了,你按下接听键.如果没人给你打电话,你就会阻塞等待直到有人给你打电话Socket clientSocket = serverSocket.accept();processConnect(clientSocket);}}// 通过这个方法,给当前连接上的客户端提供服务// 一个连接过来了,服务方式可能有两种// 1. 一个连接只进行一次数据交互(一个请求+一个响应)  短连接// 2. 一个连接进行多次数据交互(N个请求+N个响应)     长连接// 此处是长连接的版本public void processConnect(Socket clientSocket) throws IOException {// 在最开始获取一下 IP地址和端口号System.out.printf("[%s,%d] 建立连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());/*// 接收数据InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();// 发送数据OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();*/// 使用字节流是不方便的// 我们就可以用 Scanner PrintWriter 来对他们进行封装try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {// 接收数据Scanner scanner = new Scanner(inputStream);// 发送数据PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 长连接的写法 -> 循环while (true) {// 判断还有没有数据// 读完了,后面没有数据,就相当于读到了 EOF// 这个操作就代表客户端断开连接,此时 hasNext 返回 falseif (!scanner.hasNext()) {// 连接断开// 打印一下哪个 IP+端口 连接断开了System.out.printf("[%s,%d] 断开连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求并解析String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回客户端printWriter.println(response);// 刷新一下缓冲区,避免数据真的没有发出去printWriter.flush();// 每次发送完毕,再来打印一下相关信息System.out.printf("[%s,%d] req:%s,resp=%s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),request,response);}}}// 回显服务器public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8000);server.start();}
}

TcpEchoClient

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 {// 在 TcpEchoServer 中需要 ServerSocket Socket 对象全部用到// 在 TcpEchoClient 中只需要 Socket 对象即可private Socket socket = null;public TcpEchoClient() throws IOException {// new 对象的时候就需要和服务器建立连接了// 要想建立连接,就需要知道服务器在哪里(IP地址+端口)socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);}public void start() throws IOException {// 用户从控制台输入Scanner scanner = new Scanner(System.in);// 由于我们是实现的是长连接,一个连接会处理 N 个请求和响应try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();) {// 从网络输入Scanner scannerNet = new Scanner(inputStream);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);while (true) {// 1. 从控制台读取用户输入什么?System.out.print("> ");String request = scanner.next();// 2. 把请求发送给服务器printWriter.println(request);printWriter.flush();// 3. 从服务器读取响应String response = scannerNet.next();// 4. 把结果显示到界面上System.out.printf("req:%s,resp:%s\n", request, response);}}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client = new TcpEchoClient();client.start();}
}

代码出现 “卡死” 的情况 , 一定先不要慌 . 先冷静 , 然后仔细分析
线程阻塞了 , 就得知道具体是在哪里阻塞的 , 可以使用 jconsole 或者使用其他工具 , 定位到是哪个代码阻塞的
结合代码分析阻塞的原因 , 然后给出解决方案再次进行验证

2.2.4 其他 Bug

1. 上述代码中,使用 clientSocket , 用完之后 , 是否要关闭呢 ?

当然要关闭
和上面的 ServerSocket 不同 , ServerSocket 的生命周期 , 是跟随整个程序的 .
clientSocket 的生命周期 , 只是当前连接 . 就应该在连接之后 , 把这里的 socket 进行关闭
如果不关的话 , 就会造成内存泄漏
ServerSocket，只有一个 , 但是 clientSocket 会有无数个 . 每个客户端的连接 , 都是一个 clientSocket

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 {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器已经启动");while (true) {// accept 干的活是拉客// 对于操作系统来说,建立一个 TCP 连接,是内核操作// accept 要干的就是等连接建立好了,把这个连接给拿到应用程序中// 如果当前连接还未建立,accpet就会阻塞等待// accept 相当于有人给你打电话了,你按下接听键.如果没人给你打电话,你就会阻塞等待直到有人给你打电话Socket clientSocket = serverSocket.accept();processConnect(clientSocket);}}// 通过这个方法,给当前连接上的客户端提供服务// 一个连接过来了,服务方式可能有两种// 1. 一个连接只进行一次数据交互(一个请求+一个响应)  短连接// 2. 一个连接进行多次数据交互(N个请求+N个响应)     长连接// 此处是长连接的版本public void processConnect(Socket clientSocket) throws IOException {// 在最开始获取一下 IP地址和端口号System.out.printf("[%s,%d] 建立连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());/*// 接收数据InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();// 发送数据OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();*/// 使用字节流是不方便的// 我们就可以用 Scanner PrintWriter 来对他们进行封装try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {// 接收数据Scanner scanner = new Scanner(inputStream);// 发送数据PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 长连接的写法 -> 循环while (true) {// 判断还有没有数据// 读完了,后面没有数据,就相当于读到了 EOF// 这个操作就代表客户端断开连接,此时 hasNext 返回 falseif (!scanner.hasNext()) {// 连接断开// 打印一下哪个 IP+端口 连接断开了System.out.printf("[%s,%d] 断开连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求并解析String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回客户端printWriter.println(response);// 刷新一下缓冲区,避免数据真的没有发出去printWriter.flush();// 每次发送完毕,再来打印一下相关信息System.out.printf("[%s,%d] req:%s,resp=%s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),request,response);}} finally {// 加在这里更稳妥clientSocket.close();}}// 回显服务器public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8000);server.start();}
}

2. 上述代码 , 无法处理多个客户端

当我们断开第一个客户端

上述行为 , 当然是 Bug . 一个服务器 , 能处理多个客户端 , 这是天经地义的事情

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 {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器已经启动");while (true) {// accept 干的活是拉客// 对于操作系统来说,建立一个 TCP 连接,是内核操作// accept 要干的就是等连接建立好了,把这个连接给拿到应用程序中// 如果当前连接还未建立,accpet就会阻塞等待// accept 相当于有人给你打电话了,你按下接听键.如果没人给你打电话,你就会阻塞等待直到有人给你打电话Socket clientSocket = serverSocket.accept();// 我们在这里不再直接调用了,二是创建新的线程,让新的线程来调用// processConnect(clientSocket);Thread t = new Thread(() -> {try {processConnect(clientSocket);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});t.start();}}// 通过这个方法,给当前连接上的客户端提供服务// 一个连接过来了,服务方式可能有两种// 1. 一个连接只进行一次数据交互(一个请求+一个响应)  短连接// 2. 一个连接进行多次数据交互(N个请求+N个响应)     长连接// 此处是长连接的版本public void processConnect(Socket clientSocket) throws IOException {// 在最开始获取一下 IP地址和端口号System.out.printf("[%s,%d] 建立连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());/*// 接收数据InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();// 发送数据OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();*/// 使用字节流是不方便的// 我们就可以用 Scanner PrintWriter 来对他们进行封装try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {// 接收数据Scanner scanner = new Scanner(inputStream);// 发送数据PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 长连接的写法 -> 循环while (true) {// 判断还有没有数据// 读完了,后面没有数据,就相当于读到了 EOF// 这个操作就代表客户端断开连接,此时 hasNext 返回 falseif (!scanner.hasNext()) {// 连接断开// 打印一下哪个 IP+端口 连接断开了System.out.printf("[%s,%d] 断开连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求并解析String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回客户端printWriter.println(response);// 刷新一下缓冲区,避免数据真的没有发出去printWriter.flush();// 每次发送完毕,再来打印一下相关信息System.out.printf("[%s,%d] req:%s,resp=%s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),request,response);}} finally {// 加在这里更稳妥clientSocket.close();}}// 回显服务器public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8000);server.start();}
}

2.2.5 解决缺陷 : 频繁创建销毁

我们目前的代码 : 来一个客户端 , 就要创建线程 . 客户端创建连接 , 就要销毁线程
如果客户端很多 , 就是 “频繁的创建和销毁线程”
我们就需要使用到** 线程池**

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 TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器已经启动");// 线程池要放在外面ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();// 可自动扩容版本while (true) {// accept 干的活是拉客// 对于操作系统来说,建立一个 TCP 连接,是内核操作// accept 要干的就是等连接建立好了,把这个连接给拿到应用程序中// 如果当前连接还未建立,accpet就会阻塞等待// accept 相当于有人给你打电话了,你按下接听键.如果没人给你打电话,你就会阻塞等待直到有人给你打电话Socket clientSocket = serverSocket.accept();// [版本1]单线程版本,存在 Bug,无法处理多个客户端// processConnect(clientSocket);// [版本2]多线程版本,主线程负责拉客,新线程负责通信// 我们在这里不再直接调用了,二是创建新的线程,让新的线程来调用// Thread t = new Thread(() -> {//     try {//         processConnect(clientSocket);//     } catch (IOException e) {//         e.printStackTrace();//     }// });// t.start();// [版本3]使用线程池来解决上面的频繁创建销毁线程的问题service.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {processConnect(clientSocket);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}}// 通过这个方法,给当前连接上的客户端提供服务// 一个连接过来了,服务方式可能有两种// 1. 一个连接只进行一次数据交互(一个请求+一个响应)  短连接// 2. 一个连接进行多次数据交互(N个请求+N个响应)     长连接// 此处是长连接的版本public void processConnect(Socket clientSocket) throws IOException {// 在最开始获取一下 IP地址和端口号System.out.printf("[%s,%d] 建立连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());/*// 接收数据InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();// 发送数据OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();*/// 使用字节流是不方便的// 我们就可以用 Scanner PrintWriter 来对他们进行封装try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {// 接收数据Scanner scanner = new Scanner(inputStream);// 发送数据PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 长连接的写法 -> 循环while (true) {// 判断还有没有数据// 读完了,后面没有数据,就相当于读到了 EOF// 这个操作就代表客户端断开连接,此时 hasNext 返回 falseif (!scanner.hasNext()) {// 连接断开// 打印一下哪个 IP+端口 连接断开了System.out.printf("[%s,%d] 断开连接\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求并解析String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回客户端printWriter.println(response);// 刷新一下缓冲区,避免数据真的没有发出去printWriter.flush();// 每次发送完毕,再来打印一下相关信息System.out.printf("[%s,%d] req:%s,resp=%s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),request,response);}} finally {// 加在这里更稳妥clientSocket.close();}}// 回显服务器public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8000);server.start();}
}

但是目前还是存在一些缺陷 :
当前是使用了线程池 , 来解决问题
线程池解决的是频繁创建销毁 , 但是如果并发量太高了 , 就会导致池子里的线程特别特别多 .
线程特别多就会导致内存等资源/调度过度开销
再进一步的改进 , 就需要考虑能否减少线程的数目
当前这是一个线程对应一个客户端 , 那能否想办法 , 让一个线程对应多个客户端呢 ?
可以使用 “IO 多路复用” , 本质上就是一个线程处理多个 socket , 这是操作系统提供的机制
在 Java 中封装之后 , 对应的东西叫做 NIO

2.2.6 TCP 版本的翻译服务器

package network;import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;public class TcpDictServer extends TcpEchoServer {private HashMap<String, String> dict = new HashMap<>();public TcpDictServer(int port) throws IOException {super(port);dict.put("cat", "小猫");dict.put("dog", "小狗");dict.put("ox", "小牛");}@Overridepublic String process(String request) {return dict.getOrDefault(request,"我也不知道啥意思");}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpDictServer server = new TcpDictServer(8000);server.start();}
}

三 . 小结

3.1 Socket API

UDP
(1) DatagramSocket : 对应一个 socket 文件
(2) DatagramPacket : 对应一个 UDP 数据报

TCP
(1) ServerSocket : 只是在服务器这边使用 , 目的是拉客 . 其中有一个重要的方法 : accept , 他负责把操作系统内核建立好的连接拿到应用程序中 , 相当于别人给你打电话 , 你按下了接听键
(2) Socket : 客户端和服务器都能够使用 , 负责给客人提供服务
Socket 对象中能够获取到 InputStream (接收) 和 OutputStream (发送)

3.2 客户端/服务器 工作流程

3.3 TCP 的 Socket API 中 , 服务器使用多线程

TCP 服务器这里之所以使用了多线程 , 是因为在代码中处理的"长连接" (一个连接会处理 N 个请求和响应)
客户端连接建立好了之后 , 啥时候断开连接不确定 . 这一个连接里要处理多少个请求 , 也不确定
处理连接的循环 , 导致主循环无法继续执行到 accept 了.

大家不要误会成只要是 TCP 服务器就得使用多线程
之前的代码如果是处理短连接 , 每次客户端一个连接只处理一个请求 . 不使用多线程也能处理多个客户端.

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那本篇文章到这里就讲解完毕了~
如果对您有帮助的话 , 请一键三连嗷~