循序渐进Java Socket网络编程（多客户端、信息共享、文件传输）

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• 一、TCP/IP协议
• 二、TCP与UDP
• 三、Socket是什么
• 四、Java中的Socket
• 五、基本的Client/Server程序
• 六、多客户端连接服务器
• 七、信息共享
• 八、文件传输
• 推荐阅读：

前言：在最近一个即将结束的项目中使用到了Socket编程，用于调用另一系统进行处理并返回数据。故把Socket的基础知识总结梳理一遍。

一、TCP/IP协议

　　既然是网络编程，涉及几个系统之间的交互，那么首先要考虑的是如何准确的定位到网络上的一台或几台主机，另一个是如何进行可靠高效的数据传输。这里就要使用到TCP/IP协议。

　　TCP/IP协议（传输控制协议）由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。IP层负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一的确定Internet上的一台主机。TCP层负责面向应用的可靠的或非可靠的数据传输机制，这是网络编程的主要对象。

二、TCP与UDP

　　TCP是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。

　　UDP是一种面向无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

TCP与UDP区别：

TCP特点：

　　1、TCP是面向连接的协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接协议，所以只能用于点对点的通讯。而且建立连接也需要消耗时间和开销。

　　2、TCP传输数据无大小限制，进行大数据传输。

　　3、TCP是一个可靠的协议，它能保证接收方能够完整正确地接收到发送方发送的全部数据。

UDP特点：

　　1、UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。

　　2、UDP传输数据时有大小限制，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。

　　3、UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。

TCP与UDP应用：

　　1、TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。

　　2，UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

三、Socket是什么

　　Socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。 Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

　　Socket通讯过程：服务端监听某个端口是否有连接请求，客户端向服务端发送连接请求，服务端收到连接请求向客户端发出接收消息，这样一个连接就建立起来了。客户端和服务端都可以相互发送消息与对方进行通讯。

　　Socket的基本工作过程包含以下四个步骤：

　　1、创建Socket；

　　2、打开连接到Socket的输入输出流；

　　3、按照一定的协议对Socket进行读写操作；

　　4、关闭Socket。

四、Java中的Socket

　　在java.net包下有两个类：Socket和ServerSocket。ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是Socket还是ServerSocket它们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。

列出几个常用的构造方法：

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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 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 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 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(SocketImpl impl);//使用用户指定的 SocketImpl 创建一个未连接 Socket   ServerSocket(int port);//创建绑定到特定端口的服务器套接字 ServerSocket(int port,int backlog);//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 ServerSocket(int port,int backlog, InetAddress bindAddr);//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

　　构造方法的参数中，address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端 口号，stream指明socket是流socket还是数据报socket，localPort表示本地主机的端口号，localAddr和bindAddr是本地机器的地址（ServerSocket的主机地址），impl是socket的父类，既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。

注意：必须小心选择端口号。每一个端口提供一种特定的服务，只有给出正确的端口，才 能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留，例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时，最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。

几个重要的Socke方法：

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public InputStream getInputStream();//方法获得网络连接输入，同时返回一个IutputStream对象实例 public OutputStream getOutputStream();//方法连接的另一端将得到输入，同时返回一个OutputStream对象实例 public Socket accept();//用于产生"阻塞"，直到接受到一个连接，并且返回一个客户端的Socket对象实例。

"阻塞"是一个术语，它使程序运行暂时"停留"在这个地方，直到一个会话产生，然后程序继续；通常"阻塞"是由循环产生的。

注意：其中getInputStream和getOutputStream方法均会产生一个IOException，它必须被捕获，因为它们返回的流对象，通常都会被另一个流对象使用。

五、基本的Client/Server程序

以下是一个基本的客户端/服务器端程序代码。主要实现了服务器端一直监听某个端口，等待客户端连接请求。客户端根据IP地址和端口号连接服务器端，从键盘上输入一行信息，发送到服务器端，然后接收服务器端返回的信息，最后结束会话。这个程序一次只能接受一个客户连接。

ps：这个小例子写好后，服务端一直接收不到消息，调试了好长时间，才发现误使用了PrintWriter的print()方法，而BufferedReader的readLine()方法一直没有遇到换行，所以一直等待读取。我晕死~~@_@

客户端程序：

package sock;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /** 创建Socket*/
            // 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(本处是本机)
            Socket socket = new Socket( "127.0.0.1" , 2013 );
            // 60s超时
            socket.setSoTimeout( 60000 );

            /** 发送客户端准备传输的信息 */
            // 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true );
            // 将输入读入的字符串输出到Server
            BufferedReader sysBuff = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in));
            printWriter.println(sysBuff.readLine());
            // 刷新输出流，使Server马上收到该字符串
            printWriter.flush();

            /** 用于获取服务端传输来的信息 */
            // 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            // 输入读入一字符串
            String result = bufferedReader.readLine();
            System.out.println( "Server say : " + result);

            /** 关闭Socket*/
            printWriter.close();
            bufferedReader.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println( "Exception:" + e);
        }
    }
}

服务器端程序：

package sock;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /** 创建ServerSocket*/
            // 创建一个ServerSocket在端口2013监听客户请求
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket( 2013 );
            while ( true ) {
                // 侦听并接受到此Socket的连接,请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行
                Socket socket = serverSocket.accept();

                /** 获取客户端传来的信息 */
                // 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
                BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                // 获取从客户端读入的字符串
                String result = bufferedReader.readLine();
                System.out.println( "Client say : " + result);

                /** 发送服务端准备传输的 */
                // 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
                printWriter.print( "hello Client, I am Server!" );
                printWriter.flush();

                /** 关闭Socket*/
                printWriter.close();
                bufferedReader.close();
                socket.close();
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println( "Exception:" + e);
        } finally {
//          serverSocket.close();
        }
    }
}

六、多客户端连接服务器

上面的服务器端程序一次只能连接一个客户端，这在实际应用中显然是不可能的。通常的网络环境是多个客户端连接到某个主机进行通讯，所以我们要对上面的程序进行改造。

设计思路：服务器端主程序监听某一个端口，客户端发起连接请求，服务器端主程序接收请求，同时构造一个线程类，用于接管会话。当一个Socket会话产生后，这个会话就会交给线程进行处理，主程序继续进行监听。

下面的实现程序流程是：客户端和服务器建立连接，客户端发送消息，服务端根据消息进行处理并返回消息，若客户端申请关闭，则服务器关闭此连接，双方通讯结束。

客户端程序：

package sock;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket( "127.0.0.1" , 2013 );
            socket.setSoTimeout( 60000 );

            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true );
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

            String result = "" ;
            while (result.indexOf( "bye" ) == - 1 ){
                BufferedReader sysBuff = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in));
                printWriter.println(sysBuff.readLine());
                printWriter.flush();

                result = bufferedReader.readLine();
                System.out.println( "Server say : " + result);
            }

            printWriter.close();
            bufferedReader.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println( "Exception:" + e);
        }
    }
}

服务器端程序：

package sock;
import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server extends ServerSocket {
    private static final int SERVER_PORT = 2013 ;

    public Server() throws IOException {
        super (SERVER_PORT);

        try {
            while ( true ) {
                Socket socket = accept();
                new CreateServerThread(socket); //当有请求时，启一个线程处理
            }
        } catch (IOException e) {
        } finally {
            close();
        }
    }

    //线程类
    class CreateServerThread extends Thread {
        private Socket client;
        private BufferedReader bufferedReader;
        private PrintWriter printWriter;

        public CreateServerThread(Socket s) throws IOException {
            client = s;

            bufferedReader = new BufferedReader( new InputStreamReader(client.getInputStream()));

            printWriter = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true );
            System.out.println( "Client(" + getName() + ") come in..." );

            start();
        }

        public void run() {
            try {
                String line = bufferedReader.readLine();

                while (!line.equals( "bye" )) {
                    printWriter.println( "continue, Client(" + getName() + ")!" );
                    line = bufferedReader.readLine();
                    System.out.println( "Client(" + getName() + ") say: " + line);
                }
                printWriter.println( "bye, Client(" + getName() + ")!" );

                System.out.println( "Client(" + getName() + ") exit!" );
                printWriter.close();
                bufferedReader.close();
                client.close();
            } catch (IOException e) {
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new Server();
    }
}

七、信息共享

以上虽然实现了多个客户端和服务器连接，但是仍然是消息在一个客户端和服务器之间相互传播。现在我们要实现信息共享，即服务器可以向多个客户端发送广播消息，客户端也可以向其他客户端发送消息。类似于聊天室的那种功能，实现信息能在多个客户端之间共享。

设计思路：客户端循环可以不停输入向服务器发送消息，并且启一个线程，专门用来监听服务器端发来的消息并打印输出。服务器端启动时，启动一个监听何时需要向客户端发送消息的线程。每次接受客户端连接请求，都启一个线程进行处理，并且将客户端信息存放到公共集合中。当客户端发送消息时，服务器端将消息顺序存入队列中，当需要输出时，从队列中取出广播到各客户端处。客户端输入showuser命令可以查看在线用户列表，输入bye向服务器端申请退出连接。

PS：以下代码在测试时发现了一个中文乱码小问题，当文件设置UTF-8编码时，无论怎样在代码中设置输入流编码都不起作用，输入中文仍然会乱码。把文件设置为GBK编码后，不用在代码中设置输入流编码都能正常显示传输中文。

客户端代码：

package sock;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

public class SocketClient extends Socket{

    private static final String SERVER_IP = "127.0.0.1" ;
    private static final int SERVER_PORT = 2013 ;

    private Socket client;
    private PrintWriter out;
    private BufferedReader in;

    /**
     * 与服务器连接，并输入发送消息
     */
    public SocketClient() throws Exception{
        super (SERVER_IP, SERVER_PORT);
        client = this ;
        out = new PrintWriter( this .getOutputStream(), true );
        in = new BufferedReader( new InputStreamReader( this .getInputStream()));
        new readLineThread();

        while ( true ){
            in = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in));
            String input = in.readLine();
            out.println(input);
        }
    }

    /**
     * 用于监听服务器端向客户端发送消息线程类
     */
    class readLineThread extends Thread{

        private BufferedReader buff;