JAVAEE初阶相关内容第十六弹--网络编程

写在前

这一节的内容首先是对十五弹（UDP回显服务器）进行简单的改进，在这基础上开始介绍TCP流套接字编程。

目录

写在前

1.改进回显服务器

1.1完整代码实现

1.2运行输出结果

2.TCP流套接字编程

2.1ServerSocketAPI

2.2SocketAPI

3.TCP版本的回显服务器

3.1代码实现

3.1.1服务器端完整代码

3.1.2客户端完成代码

3.2TCP中的长短连接

3.3解决C10M问题

---

1.改进回显服务器

上一节中的回显服务器，缺少业务逻辑，这里我们对代码进行改进，实现一个查词典的功能。

1.1完整代码实现

这里需要的是需要重写一下process方法！

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: 苏西西
 * Date: 2023-10-19
 * Time: 21:55
 */
//对于DictServer来说，和EchoServer相比大部分东西都是一样的，继承复用原来的代码
//主要是根据请求计算响应这个步骤不太一样
public class UdpDictServer extends UdpEchoServer{
    private Map dict = new HashMap<>();
    public UdpDictServer(int port) throws SocketException {
        super(port);
        //给这个dict设置一下内容
        dict.put("cat","小猫");
        dict.put("dog","小狗");
        dict.put("pig","zyt");
        //可以无限多设置

    }
    @Override
    public String process(String request){
        //查词典
        return dict.getOrDefault(request,"查不到！");

    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpDictServer server = new UdpDictServer(4000);
        server.start();

    }
}

1.2运行输出结果

2.TCP流套接字编程

TCP并不需要一个类来表示“TCP”数据报。

TCP不是以数据报为单位进行传输的，是以字节的方式，流式传输的。

2.1ServerSocketAPI

ServerSocket 专门给服务器使用的Socket对象。

ServerSocket构造方法

方法签名	方法说明
ServerSocket(int port) 这里的port指的是服务器要绑定的端口。	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( )	开始监听指定端口（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（）	关闭套接字

这里，accept() 类比于接电话；返回一个服务端Socket对象：接电话后会返回一个Socket对象，通过这个socket对象和客户端进行沟通。

2.2SocketAPI

Socket 既会给客户端使用，也会给服务器使用。

在服务器这边，是由accept返回的；在客户端这边，代码构造的时候指定一个IP和端口号（此处值指的是服务器的IP和端口），有了这个信息就可以和服务器建立连接了。

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IP的主机上，对应端口的进程建立连接。

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()	返回此套接字的输入流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

进一步通过Socket对象，获取到内部的流对象，借助流对象来进行发送/接收。

3.TCP版本的回显服务器

3.1代码实现

3.1.1服务器端完整代码

package network;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        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);
        }
    }

    //使用这个放方法来处理一个连接。
    //这一个连接对应到一个客户端，但是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对象和客户端进行通信
        try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            //由于要处理多个请求和响应，也是使用循环来进行的
            while (true){
                //1.读取请求
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                if (!scanner.hasNext()){
                    //如果没有下一个说明读完了,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;
                }
                //注意：此处使用的next是一直读取到换行符/空格/其他空白符结束
                //最终返回结果里不包含上述空白符
                String request = scanner.next();

                //2.根据请求构造响应
                String response = process(request);

                //3.返回响应结果
                //对于OutputStream 没有write String这个功能，可以把String里的字节数组拿出来，进行写入；
                //也可以用字符流来转换一下
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                //此处使用println来写入，让结果中带有一个\n换行，方便对端（接收端）接收解析
                printWriter.println(response);
                //flush用来冲刷缓冲区，保证当前写入的数据确实发送出去了
                printWriter.flush();

                //打印一个日志
                System.out.printf("[%s:%d] req:%s;resp:%s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),
                        request,response);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //更合适的做法是将close放到finally里面，保证close()一定会被执行到
            try {
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

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

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(1111);
        server.start();
    }

}

这里的accept() 效果是“接收连接”，前提是得有客户端来建立连接。客户端在构造Socket对象的时候就会指定服务器的IP和端口，如果没有客户端来连接，此时的accept就会阻塞。

TCP socket里面涉及两种socket对象。

这个代码中，用到了一个clientSocket，此时任意一个客户端连上来都会返回/创建一个Socket对象。（Socket就是文件）每次创建一个clientSocket对象就要占用一个文件描述符表的位置。

因此在使用完毕之后，就需要进行“释放”。

在前面的记录中，socket都没有释放，一方面这些socket生命周期更长（跟随整个程序），另一方面这些socket也不多，固定数量。

但是此处的clientSocket数量多，每个客户端都有一个，生命周期也更短。

3.1.2客户端完成代码

package network;

import com.sun.xml.internal.ws.policy.privateutil.PolicyUtils;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;


public class TcpEchoClient {
    //当前这里的socket既给服务器用，又给客户端用，
    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.先从键盘上读取用户输入的内容
                System.out.print(" >");
                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);
                //此处加上flush，保证我们的数据确实发送出去了
                printWriter.flush();
                //3.读取服务器的响应，
                Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);
                String response = respScanner.next();

                //4.把响应的内容给显示到界面上
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1",1111);
        client.start();
    }
}

这个对象的构造过程，就是触发TCP建立连接的过程（打电话就开始拨号了），如果客户端没有这个代码，服务器就会在accept这里阻塞，无法产生出clientSocket了。

outputSteam相当于是​对应着一个文件描述符表（socket文件），通过outputStream就可以往这个文件描述符表中写数据。

outputStream自身的方法不便写字符串，把这个流转换一下，用一个PrintWrite对象来表示（对应的文件描述符表还是同一个）

使用PrintWrite写和OutputStream写，是往同一个地方写，只不过写的过程更方便了。

3.2TCP中的长短连接

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

（1）短连接：客户端每次给服务器发消息，先建立连接，发送请求，读取响应，关闭连接。下次再发送，则重新建立加连接。

（2）长连接：客户端，建立连接之后，连接不着急断开，然后再发送请求，读取响应​​​​；若干轮之后，客户端确实短时间内不再需要这个连接了，此时就断开。

服务器这里的开发很少有不用多线程的情况(当然也有用多进程的)。

这里就可以对代码进行改进：

使用多线程版本处理程序，最大的问题就是可能会涉及到频繁的申请释放线程。

在多线程的基础上，使用线程池进行代码编写。

但是如果客户端非常多，而且客户端还迟迟不断开的高压，就回导致机器上会有很多线程。此时就就会提起一种方法：增加机器。但是这就意味着需要增加成本，需要多花钱，这里的问题又被称为是C10M问题。

3.3解决C10M问题

C10K问题：单机处理1W个客户端。

C10M问题，单机处理1kw个客户端（针对多线程的版本，最大的问题就是机器承担不了这么大的线程开销，是否有办法一个线程，处理很多个客户端连接？）

IO多路复用/IO多路转接

给这个线程安排个集合，这个集合就放了一堆连接，线程就负责监听这个集合，这里的哪个连接有数据来，线程就处理哪个连接。虽然连接有很多，但是这些连接的请求并非严格意义的同时，总还是有先后的。

在操作系统中提供了一些原生的API select、poll、epoll 在Java中提供了一组NIO 这样 类，就封装了上述多路复用的API。

这一节和前一节的内容主要介绍的就是Udp和TcpSocket编程，需要注意的是，关于有无连接、面向字节流还是数据报以及全双工与否，这些特点在代码中都是有体现的。关于时候是可靠传输这一特点是隐藏在TCP背后，从代码的角度是感受不到的。TCP诞生的初心也就是为了解决可靠传输的问题。

下一部分将介绍网络原理知识的相关内容。

继续加油哦！