详细讲解Socket服务器与多客户端的长链接通信(含Demo)
目录
- 简介
- Socket服务器实现
- Sokcet客户端实现
- Socket服务器与多客户端的长连接的交互
- 实现易出问题分析
1.简介
在讲解Socket通信之前，需要先了解一下常见的网络层级，如下图所示ISO将网络传输分为7层，其中Socket通信处于传输层，使用的协议包括TCP和UDP，UDP是基于面向无链接的传输，TCP是基于链接的传输，关于TCP的工作原理，可参考《TCP/IP详解》笔记——TCP/IP基本工作原理概述》。
Socket主要功能是将TCP的复杂的数据传输，通过封装和抽象为简单的API，便于开发者直接调用，不需要关注底层的数据包的拆解和传输流程，如下图所示为Socket通信的基本流程分析如下：
- 通过SeverSocket绑定一个指定的端口号（一般大于5000）；
- 调用accpet()方法开始阻塞等待客户端的连接；
- 客户端创建Socket对象，连接指定的IP和端口号；
- 连接成功后，服务器与客户端开始数据收发；
- 关闭连接，释放流接口，流程结束。
2.Socket服务器的实现
通过1中的数据交互的流程分析，知道Socket数据交互的基本流程，首先是需要创建Socket的服务器等待客户端的连接，否则无法正常执行数据的接收通信，因此先分析Socket服务器端的实现。注意流程如下：
- 服务器创建ServerSocket,调用accpet()等待客户端连接；
- 获取到Socket对象后，建立输入和输出流，用于打印和发送数据；
- 数据交互结束后，关闭接口。
private void start() {
ServerSocket serverSocket = null;
Socket socket = null;
DataOutputStream out = null;
DataInputStream input = null;
try {
//1. 服务器创建ServerSocket,调用accpet()等待客户端连接
serverSocket = new ServerSocket(30000);
System.out.println("服务器等待连接....");
socket = serverSocket.accept();
System.out.println("连接成功");
//2. 获取到Socket对象后，建立输入和输出流，用于打印和发送数据；
input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
String clientInputStr = input.readUTF();
System.out.println("客户端:" + clientInputStr);
out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
System.out.print("服务器:\t");
// 通过键盘输入
String s = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
out.writeUTF(s);
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务器 运行异常: " + e.getMessage());
}finally {
// 3.数据交互结束后，关闭接口。
try {
if(input!=null) {
input.close();
input = null;
}
if(out!=null) {
out.close();
out = null;
}
if(socket!=null) {
socket.close();
socket=null;
}
System.out.println("服务器关闭成功");
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务器异常关闭："+e.getMessage());
}
}
}
3.Sokcet客户端实现
客户端的实现与服务器基本相同，主要是Soccket对象的获取有所区别，服务器是通过ServerSocket的accept()方法获取，而客户端是通过new Socket对象实现，基本流程包括
- 创建一个Socket并将其连接到指定主机上的指定端口号;
- 建立数据交互的读写流接口；
- 数据交互结束，关闭接口。
private void start() {
Socket socket = null;
try {
//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 = new Socket("localhost", 30000);
System.out.println("客户端连接成功....");
//读取服务器端数据
DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
//向服务器端发送数据
DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
System.out.print("客户端: \t");
String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
out.writeUTF(str);
String ret = input.readUTF();
System.out.println("服务器: " + ret);
out.close();
input.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println("客户端连接异常:" + e.getMessage());
} finally {
if (socket != null) {
try {
socket.close();
System.out.println("客户端关闭成功");
} catch (IOException e) {
socket = null;
System.out.println("客户端关闭异常:" + e.getMessage());
}
}
}
}
通过建立Socket的服务器与客户端已建立起了Socket的数据交互的简单流程，以上代码可以直接运行，运行效果如下图所示。
4.Socket服务器与多客户端的长连接的交互
以上讲解了基于Socket的简单的实现，但是其实现时短链接的，也就是数据的交互仅仅是执行一次，执行一次数据交互后，Socket就断开了链接，无法实现长链接的交互。
实现长连接的交互的根本原理是在Sokcet建立数据交互链接时，处于循环状态，除非出现异常情况或主动退出循环，一般是在建立数据交互中添加while，实现循环的效果。在循环执行时是长时间的耗时操作，一般是将流程放置在子线程中操作。其基本实现流程如下：
- 在ServerSokcet中创建一个ServerThread的线程，用于处理当前Socket对象的数据交互处理；
- 在ServerSokcet中创建一个while循环不断的监听其他客户端的连接；
- 客户端中创建一个while循环的控制语句，非异常情况不断的轮询交互。
服务端实现如下：
public void init() {
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);
while (true) {
// 一旦有堵塞, 则表示服务器与客户端获得了连接
Socket client = serverSocket.accept();
InetAddress address = client.getInetAddress();
new ServerThread(client,address).start();
}
} catch (Exception e) {
System.out.println("服务器异常: " + e.getMessage());
}
}
public class ServerThread extends Thread{
private Socket socket ;
private InetAddress address;
public ServerThread(Socket client,InetAddress address) {
this.socket = client;
this.address = address;
}
@Override
public void run() {
DataOutputStream out = null;
DataInputStream input = null;
try {
// 读取客户端数据
input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
String clientInputStr = input.readUTF();//这里要注意和客户端输出流的写方法对应,否则会抛 EOFException
// 处理客户端数据
System.out.println(address.getHostAddress()+"客户端:" + clientInputStr);
// 向客户端回复信息
out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
System.out.print("服务器:\t");
// 发送键盘输入的一行
String s = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
out.writeUTF(s);
out.close();
input.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println("服务器运行异常: " + e.getMessage());
} finally {
if (socket != null) {
try {
socket.close();
} catch (Exception e) {
socket = null;
System.out.println("服务器 关闭异常:" + e.getMessage());
}
}
}
}
}
为便于区分是那个客户端的连接，在创建Sokcet对象时获取InetAddress属性，查看该客户端的IP地址值。
客户的代码实现与第三部分类似，加入了循环语句以及是否结束判断。
public class MulipteClient {
public static final String IP_ADDR = "localhost";//服务器地址 127.0.0.1
public static final int PORT = 30000;//服务器端口号
public static boolean isRunning = true;
public static void main(String[] args) {
System.out.println("客户端启动...");
System.out.println("当接收到服务器端字符为 \"Bye\" 的时候, 客户端将终止\n");
while (isRunning) {
Socket socket = null;
try {
//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 = new Socket(IP_ADDR, PORT);
//读取服务器端数据
DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
//向服务器端发送数据
DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
System.out.print("客户端: \t");
String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
out.writeUTF(str);
String ret = input.readUTF();
System.out.println("服务器: " + ret);
// 如接收到 "Bye" 则断开连接
if ("Bye".equals(ret)) {
System.out.println("客户端将关闭连接");
Thread.sleep(500);
break;
}
out.close();
input.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println("客户端连接异常:" + e.getMessage());
isRunning = false;
} finally {
if (socket != null) {
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
socket = null;
isRunning = false;
System.out.println("客户端关闭异常:" + e.getMessage());
}
}
}
}
}
}
实现效果如下：
5.实现易出问题分析
如按照上面讲解，理论上代码是可以直接使用，但是在实际使用时会出现各种各样的问题，大致为如下几点。
- 服务器和客户端连接失败；
- 连接成功，但是无法收发数据；
- 数据接收成功，但是再次执行会报错（Address already in use: JVM_Bind）
- 无法保持长链接数据交互；
- 无法实现多客户端数据交互。
针对以上问题，逐条讲解如下：
5.1 服务器和客户端连接失败
该问题的出现，按照以下先后顺序排查：
- 服务器和客户端是否联网；
- 两端网络是否可以ping通；
- 服务器是否正常开启；
- 客户端是否正常开启
- 创建Socket时，IP和端口号是否正确；
- 服务器创建Socket的端口号时，是否低于2013或与某一软件冲突，可通过netstat命令排查；
5.2 连接成功，但是无法收发数据
该问题的出现，按照以下先后顺序排查：
- 读写流的代码编写是否正确；
- 数据收发是否一致，如下所示，包含多种类型；
- 发送间隔和读取间隔的判断；
- 如果以上判断还是有问题，可通过抓包查看是否发送和结束。
5.3 数据接收成功，但是再次执行会报错
该情况最容易出现的错误就是，Address already in use: JVM_Bind，原因是由于已经开启了服务器，并且设定了一个固定端口号，再次开启时，就会引起端口号冲突的现象。解决方式有两种：
- 关闭之前的服务器，然后再次开启；
- 新开启的服务器设置新的端口号。
5.4 无法保持长链接数据交互
导致该情况的发生有跟多种情况，最常见的包括以下几种：
-
数据交互中，关闭了socket和其他流接口，导致无法继续数据交互；
-
服务器或客户端没有建立while循环数据交互流程，或者中间出现退出情况，导致无法循环数据交互；
-
在实际项目中，包含一些协议的规定，例如数据交互的流程是服务器发送一段数据至客户端后，处于等待状态，如客户端解析成功，则回复服务器。但是如果出现以下情况：
a. 数据包不完整（例如按照字节发送），解析包头、长度或校验和失败；
b.客户端阻塞或数据处理出现异常；
c. 网络异常
5.5无法实现多客户端数据交互
该问题的出现需要重点排查服务器端，实现满足多客户端的实现机制是在建立ServerSocket时，创建while(true)的循环等待机制，不断的去accept()客户端，并创建一个新的线程去执行该客户端对应的socket对象。如下所示，因此如果出现无法多客户端连接时，可参考下面实例代码排查。
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);
while (true) {
// 一旦有堵塞, 则表示服务器与客户端获得了连接
Socket client = serverSocket.accept();
InetAddress address = client.getInetAddress();
new ServerThread(client,address).start();
}
最后，提供Demo的链接，欢迎star and fork。