Java Socket 发送/接收数据

在上一篇了解过 Java Socket 的两种形式（TCP、UDP）后，本文将继续介绍如何利用 Java Socket 发送和接收数据及其内部原理的实现。
Java Socket 的目的在于实现与其他程序的信息交互，包括发送和接收信息两种主要操作。进行信息交互的前提在于相互之间具有共同的协议，协议规定了程序之间交互信息的规范和标准。比如 IPv4 和 IPv6 就是定义了如何传输数据的标准，头部的基本结构等信息。

下面将从一个 Demo 入手讲解如何根据需求设计传输协议，实现程序交互。

1. 协议设计与实现

背景信息：为一个学生管理系统设计传输协议。该系统包括客户端和服务端两部分，客户端根据需求发送增、删、改、查相关命令，而服务端根据命令完成相应操作，并反馈信息。学生存储基本信息如下表所示。

项目	类型
id	int
姓名	string
性别	“man” or “woman”
年龄	int

学生最大范围为 0 ~ 65535，列表每页个数为 5 ~ 10 个。

1.1 需求分析

1.1.1 功能需求分析

• 增：客户端传入学生姓名、性别和年龄，服务端解析信息，并执行新增操作。
• 删：客户端传入学生 id，服务端解析信息，根据 id 执行删除操作。
• 改：客户端传入学生 id 和待修改信息，服务端解析信息，根据 id 和修改项执行修改操作。
• 查询列表：客户端传入 pageNo 和 pageSize ，服务端解析信息，根据 pageNo 和 pageSize 执行分页查找操作。
• 查询信息：客户端传入 学生 id，服务端解析信息，根据 id 执行查询操作。

1.1.2 性能需求分析

在这个问题中，暂不考虑性能需求，但实际业务中需考虑到频繁请求的业务并给出可能边界，具体问题具体分析。

1.2 协议设计

在该问题中可能的操作有 5 种，需要的二进制位至少需要 3 位（2³ = 8 > 5）。但在此考虑可能的功能扩展，若使用 3 位存储所需功能，那只剩下 3 个不同功能扩展，后期可能会出现问题，因此考虑设置 4 位，这个放大根据实际情况考虑即可，原则是后期扩展不会出现问题。

1.2.1 新增

新增功能时，需要传输学生的姓名、性别、年龄。
姓名：考虑采用 GBK 编码，每个中文占 2 个字节，名字的最大长度为 4 个汉字（不考虑少数民族，以汉族为例），因此一共占用 8 个字节，不足补 0。
性别：类别数据，仅含有两类 man 和 woman，故可采用 0 / 1 来分别表示男 / 女，只需要 1 位。
年龄：年龄的范围 1 ~ 120，因此考虑 7 位二进制数即可。
由此，一个新增学生的传输格式可表示如下：

操作类型	姓名	性别	年龄
4 bit	64 bit	1 bit	7 bit

1.2.2 删除

删除功能时，需要传输学生的 id，系统用户数的预估为 65535 个，因此，占用 16 位，最多可存储 65536 个用户。
由此，一个删除学生的传输格式可表示如下：

操作类型	id
4 bit	16 bit

1.2.3 修改

修改功能时，需传输学生的 id，待修改的项和内容。id 的传输方式同 1.2.2 删除一节中描述的传输格式。
对于待修改项和内容的设置可以考虑采用标记位的形式进行。修改的项目包括姓名、性别和年龄三个字段，可分别设置姓名修改标记位、性别修改标记位和年龄修改标记位，当标记位设为 1 时，才读取相应位置的数据并实现修改操作，当标记位设为 0 时，相应位置全部置 0 ，不进行任何操作。
而对于学生信息的操作，则套用新增命令中的格式，即可实现对单个学生修改的传输。
此时，修改学生信息的传输格式可表示如下：

操作类型	id	姓名标记位	性别标记位	年龄标记位	姓名	性别	年龄
4 bit	16 bit	1 bit	1 bit	1 bit	64 bit	1 bit	7 bit

1.2.4 查询列表

查询列表功能时，需传输 pageNo 和 pageSize 参数，其中 pageNo 表示需要查询的页码，pageSize 表示需要查询每页的个数。由于列表每页个数为 5 ~ 10 个，因此 pageSize 的值为 5 ~ 10，即需要4位存储，pageNo 的值为 6554 ~ 13107，即需要 14 位（16384）存储。
分页查询传输格式可表示如下：

操作类型	pageNo	pageSize
4 bit	14 bit	4 bit

1.2.5 查询信息

查询信息功能时，需传输 id 信息，传输格式如 1.2.2 删除节所示，在此不再赘述。

1.3 代码实现

未完待续…