Java Socket网络编程介绍(1)

3.1 Socket概述

 　　Java的网络编程主要涉及到的内容是Socket编程。Socket，套接字，就是两台主机之间逻辑连接的端点。TCP/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。Socket是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远程主机的IP地址、远程进程的协议端口。

　　应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字（Socket）接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

　　Socket，实际上是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的关系，Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现，只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、listen、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：

　　“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。” 

 　　实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些。

3.2 Socket整体流程

　　Socket编程主要涉及到客户端和服务端两个方面，首先是在服务器端创建一个服务器套接字（ServerSocket），并把它附加到一个端口上，服务器从这个端口监听连接。端口号的范围是0到65536，但是0到1024是为特权服务保留的端口号，我们可以选择任意一个当前没有被其他进程使用的端口。

　　客户端请求与服务器进行连接的时候，根据服务器的域名或者IP地址，加上端口号，打开一个套接字。当服务器接受连接后，服务器和客户端之间的通信就像输入输出流一样进行操作。

　　

实例一

下面是一个客户端和服务器端进行数据交互的简单例子，客户端输入正方形的边长，服务器端接收到后计算面积并返回给客户端，通过这个例子可以初步对Socket编程有个把握。

• 服务器端

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 端口号
        int port = 7000;
        // 在端口上创建一个服务器套接字
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        // 监听来自客户端的连接
        Socket socket = serverSocket.accept();

        DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));

        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));

        do {
            double length = dis.readDouble();
            System.out.println("服务器端收到的边长数据为：" + length);
            double result = length * length;
            dos.writeDouble(result);
            dos.flush();
        } while (dis.readInt() != 0);

        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

• 客户端

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {

        int port = 7000;
        String host = "localhost";

        // 创建一个套接字并将其连接到指定端口号
        Socket socket = new Socket(host, port);

        DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));

        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));

        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        boolean flag = false;

        while (!flag) {

            System.out.println("请输入正方形的边长:");
            double length = sc.nextDouble();

            dos.writeDouble(length);
            dos.flush();

            double area = dis.readDouble();

            System.out.println("服务器返回的计算面积为:" + area);

            while (true) {

                System.out.println("继续计算？(Y/N)");

                String str = sc.next();

                if (str.equalsIgnoreCase("N")) {
                    dos.writeInt(0);
                    dos.flush();
                    flag = true;
                    break;
                } else if (str.equalsIgnoreCase("Y")) {
                    dos.writeInt(1);
                    dos.flush();
                    break;
                }
            }
        }
        socket.close();
    }
}

实例二

可以看到上面的服务器端程序和客户端程序是一对一的关系，为了能让一个服务器端程序能同时为多个客户提供服务，可以使用多线程机制，每个客户端的请求都由一个独立的线程进行处理。下面是改写后的服务器端程序。

public class SocketServerM {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        int port = 7000;
        int clientNo = 1;

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);

        // 创建线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

        try {

            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                exec.execute(new SingleServer(socket, clientNo));
                clientNo++;
            }

        } finally {
            serverSocket.close();
        }

    }
}

class SingleServer implements Runnable {

    private Socket socket;
    private int clientNo;

    public SingleServer(Socket socket, int clientNo) {
        this.socket = socket;
        this.clientNo = clientNo;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {

            DataInputStream dis = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));

            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                    new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));

            do {

                double length = dis.readDouble();
                System.out.println("从客户端" + clientNo + "接收到的边长数据为：" + length);
                double result = length * length;
                dos.writeDouble(result);
                dos.flush();

            } while (dis.readInt() != 0);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("与客户端" + clientNo + "通信结束");
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

上面改进后的服务器端代码可以支持不断地并发响应网络中的客户请求。关键的地方在于多线程机制的运用，同时利用线程池可以改善服务器程序的性能。