大白话Java版 TCP Socket编程案例 清晰明了

最近学习网络的过程中,了解到了应用借助socket接口在tcp上建立连接,发送请求的过程,遂做个记录。

文章目录

  • 整体流程
    • 服务端
      • 1. 创建套接字绑定端口
      • 2. 等待接收请求
      • 4. 获取请求,ConnectSocket建立
      • 6. 读请求并处理
      • 8. 响应关闭请求
    • 客户端
      • 3. 建立连接
      • 5. 写请求
      • 7. 读请求并关闭
  • 代码
    • 服务端代码
    • 客户端代码
    • 运行示例

整体流程

我们还是了解下请求的过程是怎样的吧,我将服务端与客户端分开描述了,真实的顺序大家可以看编号。

这个案例,我们假设需求是服务端处理客户端的字符,并处理成大写形式。

服务端

1. 创建套接字绑定端口

首先,服务端需要建立服务端的套接字,在里面指明端口号,ip是可以省略的,就像这样,在C语言编程中还需要bind下对应的端口,但效果是相同的。

ServerSocket welcomeSocket = new ServerSocket(9999);

这个welcomeSocket是很关键的,它的作用是不断的接受客户端的请求,相当于大堂经理的职责。

tcp上的套接字其实需要,源IP,源port,目标IP,目标port,由此生成了一个Socket对象,C中则是以整型存在的一个句柄,但我们的welcomeSocket是很特殊的,可能会有很多请求到来,那么目标ip,port其实是没有明确的值的,可以理解为空的。

2. 等待接收请求

Socket connectSocket = welcomeSocket.accept();

注意这个过程是阻塞的,只有来的请求才能够往下走,否则程序就卡住了

4. 获取请求,ConnectSocket建立

我们假设客户端从ip为2.2.2.2,端口号为10000上发起了连接请求,那么服务端将不会被阻塞了,connectSocket就有具体的值了,我用16进制表示了socket的内存地址。

此时,该socket就有明确的对应关系了,因为客户端的ip和port都已经确认了,对应关系如下所示。

socket 源IP 源Port 目标IP 目标Port
welcomeSocket:0x12412422 1.1.1.1 9999
connectSocket:0x12423412 1.1.1.1 9999 2.2.2.2 10000

可以看到 welcomeSocket的有两格是空的,因为它只起到桥梁的作用。而真正交互的是connectSocket,可以建立多个,其中客户端的端口是随机绑定的。

6. 读请求并处理

服务端接收到客户端的请求后,字符转化为大写再写回去即可,关键代码如下。

 InputStream is = connectSocket.getInputStream();
 ///...读is 转化为字符处理后得到bytes写出
 connectSocket.getOutputStream().write(bytes);

8. 响应关闭请求

服务端说了一声,好的我知道了,关闭connectSocket,等待下一个连接,此时表中数据如下所示。

socket 源IP 源Port 目标IP 目标Port
welcomeSocket:0x12412422 1.1.1.1 9999
connectSocket:0x12423412 1.1.1.1 9999 2.2.2.2 10000

客户端

3. 建立连接

java编程省略了很多细节,创建对象直接就会向对应的服务器建立连接,我们需要指定ip和端口,如下所示。

socket = new Socket("localhost", 9999);

只有服务端先开启才能够建立连接,否则会报连接拒绝的错误哦!

5. 写请求

我们可以通过socket.getOutputStream()直接获取输出流,再调用write()方法其实就是给服务器发送消息了。

详细过程看后面代码就可以了。

7. 读请求并关闭

这个比较简单,功能也和上面类似,注意的是关闭的时候需要服务端处理下异常情况。

代码

服务端代码

这里我们使用线程池处理,避免频繁创建多个线程,注意序号①那里,只有在新的客户端建立连接的时候才会被唤醒,也就实现了一个welcomeSocket看门,多个connectSocket处理的情景。

还有一点是,我在②③简单处理了一下客户端意外退出和主动退出的情况,意外退出的长度为-1,直接跳出,或者是键盘输入exit的情况下,也主动跳出。

@Slf4j
public class Server {
    //使用线程池处理连续的请求
    private static ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(10,
            15,
            30,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<>(100),
            new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("socket-thread-pool-%d").get());
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket welcomeSocket = new ServerSocket(9999);
        while (true) {
            //①这里的设计很巧妙 看似死循环 但是只要没有连接建立 就会阻塞 防止cpu空转
            Socket connectSocket = welcomeSocket.accept();
            pool.execute(() -> {
                try {
                    InputStream is = connectSocket.getInputStream();
                    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
                    char[] c = new char[1024];
                    while (true) {
                        int len = isr.read(c);
                        //②意外断开连接的情况 直接跳出
                        if (len <= 0) {
                            break;
                        }
                        String str = new String(c, 0, len);
                        //③传输退出连接的信息 跳出
                        if (Objects.equals("exit", str)) {
                            break;
                        }
                        String res = str.toUpperCase();
                        byte[] bytes = res.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
                        connectSocket.getOutputStream().write(bytes);
                        log.info("线程:{},当前socket:{},给客户端发送内容:{}", Thread.currentThread().getName(), connectSocket, res);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    log.error("连接异常", e);
                }finally {
                    try {
                        connectSocket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Socket socket = null;
        try {
            socket = new Socket("localhost", 9999);
            while (true) {
                Scanner scanner = new Scanner(System.in);
                String str = scanner.next();
                //主动退出
                if (str.equals("exit")) {
                    socket.getOutputStream().write("exit".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                    break;
                }
                //通过输出流直接写
                socket.getOutputStream().write(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                InputStream is = socket.getInputStream();
                InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
                char[] c = new char[1024];
                int len = isr.read(c);
                String res = new String(c, 0, len);
                //打印大写字母
                System.out.println(res);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

该代码还可在优化,比如引入nio,selector什么的,但我觉得对于了解tcp套接字编程足够了,重点先放在对网络概念的理解上。

运行示例

大白话Java版 TCP Socket编程案例 清晰明了_第1张图片

在这里插入图片描述

岁月因青春慨然以赴而更加美好,世间因少年挺身向前而更加瑰丽。

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