网络编程-TCP流套接字

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专栏简介: JavaEE从入门到进阶

题目来源: leetcode,牛客,剑指offer.

创作目标: 记录学习JavaEE学习历程

希望在提升自己的同时,帮助他人,,与大家一起共同进步,互相成长.

学历代表过去,能力代表现在,学习能力代表未来! 

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目录

1.Java 流套接字编程模型

2.SeverSocket API

3.Socket API

4.TCP 中的长短连接

5. 代码示例:

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1.Java 流套接字编程模型

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2.SeverSocket API

SeverSocket 是创建 TCP 服务端 Socket 的 API.

SeverSocket 的构造方法:

方法签名	方法说明
ServerSocket(int port)	创建一个服务端流套接字 Socket,并绑定到指定端口

ServerSocket 方法:

方法签名	方法说明
Socket accept()	开始监听端口(创建时绑定的端口),有客户端连接后,返回一个服务端Socket对象,并基于该Socket建立与客户端的连接 , 否则阻塞等待.
void close()	关闭此套接字

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3.Socket API

Socket 是客户端 Socket , 或服务器接收到客户端建立连接(accept方法) 的请求后 , 返回的服务端 Socket.

不管是客户端还是服务端 Socket , 都是双方建立连接后 , 保存的对端信息 , 及用来与对方收发数据的.

Socket 构造方法:

方法签名	方法说明
Socket(String host,int port)	创建一个客户端流套接字Socket,并与对应的 IP 主机上,对应的端口号建立连接.

 Socket 方法:

方法签名	方法说明
InetAddress getInetAddress()	返回套接字所连接的地址
InputStream getInputStream()	返回套接字的输入流
InputStream getOutputStream()	返回此套接字的输入流

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4.TCP 中的长短连接

TCP 发送数据时 , 需要建立连接 , 什么时候关闭连接就决定是短连接还是长连接.

• 短连接: 每次接收数据并返回响应后 , 都关闭连接(短连接只能收发一次数据)
• 长连接: 不关闭连接 , 一直保持连接状态 , 双方不停的收发数据(长连接可以多次的收发数据)

对比以上长短连接 , 两者区别如下:

• 建立连接 , 关闭连接的耗时: 短连接每次请求 , 响应都需要建立连接 , 关闭连接; 而长连接只需要第一次建立连接 , 之后的请求 , 响应都可以直接传输. 相对来说连接的建立和关闭都是需要耗时的 , 因此长连接更加高效.
• 主动发送请求不同: 短连接一般是客户端主动向服务器发送请求; 而长连接客户端主动发送请求 , 也可以是服务端主动发送.
• 两者的使用场景不同: 短连接适用于客户端请求频率不高的场景 , 如浏览网页等. 长连接适用于客户端与服务端通信频繁的场景 , 如聊天室 , 实时游戏等.

扩展了解:

基于BIO(同步阻塞IO) 的长连接会一直占用系统资源. 对于并发要求很高的服务系统来说 , 这样的消耗是不能承受的.

由于每个连接都需要不停的阻塞等待接收数据 , 所以每个连接都会在一个线程中运行.

一次阻塞对应着一次请求 , 响应 , 不停处理也就是长连接的特性: 一直不关闭连接 , 不停的处理请求.

实际应用时: 服务端一般是基于 NIO (即同步非阻塞IO) 来实现长连接 , 性能可以极大的提升.(IO多路复用)

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5. 代码示例:

服务器:

public class TcpEchoSever {
    private ServerSocket serverSocket = null;

    public TcpEchoSever(int port) throws IOException {
        this.serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器!");
        while (true) {
            //使用这个 clientSocket 和具体的客户端进行交流.
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            processConnection(clientSocket);
        }
    }

    //使用这个方法来处理一个连接
    //这一个连接对应到一个客户端 , 但这里可能会涉及到多次交互
    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s %d] 客户端上线!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
        // 基于上述 socket 对象和客户端机通信
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            //由于要处理多个请求响应 , 也需要使用循环来进行
            while (true) {
                //1.读取请求
                Scanner scan = new Scanner(inputStream);
                if (!scan.hasNext()) {
                    //没有下个数据 , 说明读完了(客户端关闭了连接)
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                //此处使用的 next 返回结果中不包含空白符.
                String request = scan.next();
                //2.根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //3.返回响应
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                //此处使用 println 来写入 , 让结果带有一个 \n 来换行 , 方便对端接收解析
                printWriter.println(response);
                //flush 用来刷新缓冲区 , 保证当前写入的数据确实发出去了.
                printWriter.flush();

                System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp %s \n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort(),
                        request, response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }


    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoSever server = new TcpEchoSever(9090);
        server.start();
    }
}

客户端:

public class TcpEchoClient {
    private Socket socket = null;

    public TcpEchoClient(String serverIp , int serverPort) throws IOException {
        // Socket 构造方法 , 能够识别点分十进制格式的 IP 地址 , 比 DatagramPacket 更方便
        // new 这个对象的同时就会和服务器进行 TCP 连接操作.
        socket = new Socket(serverIp , serverPort);
    }

    public void start(){
        System.out.println("客户端启动!");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            while(true){
                //1. 先从键盘上读取到用户输入的内容
                System.out.println(">");
                String request = scanner.next();
                if(request.equals("exit")){
                    System.out.println("goodbye");
                    break;
                }
                //2. 把读到的内容构造成请求发送给服务器
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(request);
                printWriter.flush();
                //3. 读取服务器的响应
                Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);
                String response = respScanner.next();
                //4. 把响应显示到界面上
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1" , 9090);
        tcpEchoClient.start();
    }
}

由这段代码可知 , 服务器每连接一个客户端 , 就会阻塞等待客户端发送请求 , 如果客户端不主动断开连接 , 该线程就会处于占用状态 , 因此单线程情况下 , 一个服务器只能连接一个客户端.

 public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器!");
        while (true) {
            //使用这个 clientSocket 和具体的客户端进行交流.
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            processConnection(clientSocket);
        }
    }

 为了满足连接多个客户端的需求 , 我们需要创建多个线程  , 但不断地创建/销毁线程 , 需要很大的开销 , 因此可以考虑使用线程池.

public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器!");
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        while(true){
            //使用这个 clientSocket 和具体的客户端进行交流.
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //多线程版本
//            Thread t = new Thread(()->{
//                processConnection(clientSocket);
//            });
//            t.start();
            //线程池版本
            threadPool.submit(()->{
                processConnection(clientSocket);
            });
        }
    }

运行结果:

 

 

如果开启多个客户端?