基于Android平台实现Java Socket 网络编程

1 引言

• 在java有很多技术实现了消息传递功能，例如基于socket的网络编程、JMS（Java Messaging Service）等。我们这里介绍基于TCP的socket的网络编程。
• 本文基于Android平台实现了基于TCP的Java Socket（套接字）网络编程。本文将依次介绍TCP协议，socket类的构造方法以及实现的一个小例子。

2 TCP协议

2.1 定义

• TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接、基于字节流、可靠的的单播协议。TCP服务模型是一个字节流，其必须要检测并修补所有运输层以下产生的数据传输问题，例如丢包、传输错误等。

2.2 TCP差错控制

• 停止等待协议：每发一个数据报就等待确认ack，若超过一段时间没有收到ack就进行超时重传。
• 确认（ack）丢失与迟到：超过时间重传后可能再收到ack，如果之前收到过ack则忽略该ack，若没有，则也OK。
• 连续ARQ：自动重传协议。维持一个发送窗口，每收到一个ACK，窗口就向前移一位。现在多采用累计确认，对按序到达的最后一个确认，比如发送12345，收到1245，那么发送的确认是2，对方还会继续发送345。

2.3 TCP流量控制

• 发送方发送窗口不能超过接收方的接收窗口
• 慢启动：在达到一个阈值之前发送窗口按指数增长，到达一个阈值后按线性增长，若到达网络拥塞阈值后，便重新开启慢启动，此时阈值会减少一点。

2.4TCP三次握手

• 客户端发送请求报文段（位于报文首部的同步位SYN置1）并给其序列号x，等待服务器的确认。
• 服务器在确认报文段中将确认位与同步位都置1，确认号是x+1，同时为自己选择一个初试序号y。

• 最后客户端在收到服务器报文后，向服务器发送确认包（ACK = 1）并且序号为x+1，确认号为ack = y+1此时TCP连接建立。

  
  
  TCP三次握手

3 Socket网络编程

• Socket（套接字）工作在传输层，因此其在IP地址的基础之上还需要一个端口的参数来对其进行描述，通常我们的应用程序就是通过给出一个IP与端口来定义一个Socket（套接字）来建立网络TCP连接。
• 在使用Socket进行网络通信的时候，一般会存在一个服务器端与若干的客户端，其分别对应的是Socket与ServerSocket，ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。下面介绍ServerSocket的构造方法：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(int port)
/*
创建一个IP为本机IP，端口为Port的服务器套接字。
公认端口为0-1023，它绑定一些服务，比如说80端口绑定的HTTP通信服务，一般不推荐使用公认端口；
注册端口为1024-49151，它们也绑定了一些服务，例如一些系统处理动态端口从1024开始，
我们一般使用注册端口作为我们创建套接字服务的绑定端口。
*/

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(int port, int backlog)
/*
创建一个IP为本机IP，端口为Port的服务器套接字，但队列长度不能大于backlog，否则拒绝新的连接请求。
当客户端使用socket= new Socket(IP,Port)时，操作系统会将其存储入一个先进先出的队列当中，
也就是说在主机的相应端口上会监听到一个客户的连接请求，
仅当服务端调用socket = serverSocket.accept()时才会取出该套接字请求此时才真正建立一个连接，
所以当会话请求队列长度大于backlog时服务器所在的主机会拒绝新的连接请求直到服务器从队列中取出一个连接请求。
*/

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
/*
创建一个IP为指定IP，端口为Port的服务器套接字，但队列长度不能大于backlog，否则拒绝新的连接请求。
该构造方法主要是考虑到一半主机会有一个私有地址与公有地址。
如果仅仅是在局域网中进行通信，那么可以使用ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port, backlog, InetAddress.getByName(IP))。
*/

4 基于Android平台实现的一个小例子

4.1 服务端设计

• 设计思想：服务端开启serversocket服务，阻塞接收客户端的连接请求，当连接请求被接收后，开启两个独立的线程ReceiveThread 、SendMessageThread。其中ReceiveThread 负责读取来自客户端的信息，SendMessageThread负责发送信息到客户端。
• 服务端代码如下：

public class Server {
    private ServerSocket serverSocket;
    public Server() throws IOException {
        //创建一个ip为本机ip(ipconfig查看即可),端口号为8888的服务端
        serverSocket = new ServerSocket(8888);
        System.out.println("服务已启动");
    }
    public void service() {
        Socket socket = null;
        //开启循环接受客户端的连接请求
        while (true){
            try {
                //该方法会阻塞，直到有新的连接请求
                socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("有客户端连接进来");
                ReceiveThread receiveThread = new ReceiveThread(socket);
                receiveThread.start();
                SendMessageThread sendMessageThread = new SendMessageThread(socket);
                sendMessageThread.start();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String []args){
        try {
            Server server = new Server();
            server.service();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

• ReceiveThread代码如下：

public class ReceiveThread extends Thread {
    private BufferedReader br;
    public ReceiveThread(Socket socket) throws IOException {
        br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
    }

    @Override
    public void run() {
        //循环接收来自客户端的消息
        while(true){
            String content="";
            try {
                while ((content = br.readLine())!=null){
                    System.out.println("来自客户端：");
                    System.out.println(content);
                    System.out.println();
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

• SendMessageThread代码如下：

public class SendMessageThread extends Thread{
    private OutputStream os;
    private Scanner input = new Scanner(System.in);
    public SendMessageThread(Socket socket) throws IOException{
        os = socket.getOutputStream();
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            String content = input.nextLine();
            try {
                os.write((content+"\r\n").getBytes("UTF-8"));
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

4.2 客户端设计

• 设计思想：大体上的思想与服务端差不多，区别在于Android平台由于要处理Activity与Service，会增加很多额外的代码。
• 主要代码如下：

    private class StartThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            Socket socket;
            try {
                socket = new Socket("222.182.102.230",8888);
                os = socket.getOutputStream();
                new ReceiveThread(socket,mHandler).start();
                RxBus.getInstance().post(new ConnectEntity(true));
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

public class ReceiveThread extends Thread {
    //输入流的获取
    private BufferedReader br = null;
    private static final int RECEIVE_THREAD = 1;
    //线程处理
    private Handler mHandler;
    public ReceiveThread(Socket socket, Handler handler) throws Exception {
        mHandler = handler;
        br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            String content = null;
            try {
                while ((content = br.readLine())!=null){
                    Message msg = new Message();
                    msg.what = RECEIVE_THREAD;
                    msg.obj = content;
                    mHandler.sendMessage(msg);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

        public class SendMessageThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    os.write((mContent+"\r\n").getBytes(("UTF-8")));
                    RxBus.getInstance().post(new NotifyEntity(""));
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

4.3 结果展示如下：

• 服务端：

  
  
  服务端

• 客户端：

  
  
  客户端