【Java与网络4】Java网络编程-感受通过Socket实现网络通信

网络编程最大的作用实现不同机器之间通信。不管多么复杂的系统或网络，本质上到最后都是两个机器进行通信，一般我们把发送请求的一方称为客户端，接收请求的一方称为服务端。因此接下来我们就开始进行客户端和服务端的设计。

目录

1 连接服务器

2. 发送和接收数据 

3 关闭网络连接

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Socket类是负责处理客户端通信的Java类，通过这个类可以连接到指定IP或域名的服务器上，并且可以和服务器互相发送和接受数据。
在本文中，我们将讨论使用Socket类的基本步骤和方法。一般网络客户端程序在连接服务程序时要进行以下三步操作。
1.         连接服务器
2.         发送和接收数据
3.         关闭网络连接

1 连接服务器

在客户端可以通过两种方式来连接服务器，一种是通过IP的方式来连接服务器，而另外一种是通过域名方式来连接服务器。
其实这两种方式从本质上来看是一种方式。在底层客户端都是通过IP来连接服务器的，但这两种方式有一定的差异，如果通过IP方式来连接服务端程序，客户端只简单地根据IP进行连接，如果通过域名来连接服务器，客户端必须通过DNS将域名解析成IP，然后再根据这个IP来进行连接。
在很多程序设计语言或开发工具中（如C/C++、Delphi）使用域名方式连接服务器时必须自己先将域名解析成IP，然后再通过IP进行连接，而在Java中已经将域名解析功能包含在了Socket类中，因此，我们只需象使用IP一样使用域名即可。
通过Socket类连接服务器程序最常用的方法就是通过Socket类的构造函数将IP或域名以及端口号作为参数传入Socket类中。Socket类的构造函数有很多重载形式，在这一节只讨论其中最常用的一种形式：public Socket(String host, int port)。从这个构造函数的定义来看，只需要将IP或域名以及端口号直接传入构造函数即可。下面的代码是一个连接服务端程序的例子程序：

    public static void testSocket(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket(args[0], 80);
        System.out.println("连接成功" + socket.toString());
    }

在上面的中，通过命令行参数将IP或域名传入程序，然后通过Socket socket = new Socket(args[0], 8080)连接通过命令行参数所指定的IP或域名的80端口。由于Socket类的构造函数在定义时使用了throws，因此，在调用Socket类的构造函数时，必须使用try…catch语句来捕捉错误，或者对main函数使用throws语句来抛出错误。

测试正确的IP 127.0.0.1
输出结果：127.0.0.1已经连接成功！
测试错误的IP 10.10.10.10
输出结果：错误信息：Connection timed out: connect
注：10.10.10.10是一个并不存在的IP，如果这个IP在你的网络中存在，请使用其它的不存在的IP。
测试正确的域名 www.ptpress.com.cn
输出结果：www.ptpress.com.cn已经连接成功！
测试错误的域名  www.ptpress1.com.cn
输出结果：错误信息：www.ptpress1.com.cn

2. 发送和接收数据 

在Socket类中最重要的两个方法就是getInputStream和getOutputStream。这两个方法分别用来得到用于读取和写入数据的InputStream和OutputStream对象。在这里的InputStream读取的是服务器程序向客户端发送过来的数据，而OutputStream是客户端要向服务端程序发送的数据。
在编写实际的网络客户端程序时，是使用getInputStream，还是使用getOutputStream，以及先使用谁后使用谁由具体的应用决定。如通过连接邮电出版社网站(www.ptpress.com.cn)的80端口（一般为HTTP协议所使用的默认端口），并且发送一个字符串，最后再读取从www.ptpress.com.cn返回的信息。 

 public static void testConnect(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket("www.ptpress.com.cn", 80);
        OutputStream ops = socket.getOutputStream();
        OutputStreamWriter opsw = new OutputStreamWriter(ops);
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(opsw);

        bw.write("hello world\r\n\r\n");
        bw.flush();

// 从服务端程序接收数据
        InputStream ips = socket.getInputStream();
        InputStreamReader ipsr = new InputStreamReader(ips);
        BufferedReader br = new BufferedReader(ipsr);
        String s = "";
        while ((s = br.readLine()) != null)
            System.out.println(s);
        socket.close();
    }

在编写上面代码时要注意如下两点：
1. 为了提高数据传输的效率，Socket类并没有在每次调用write方法后都进行数据传输，而是将这些要传输的数据写到一个缓冲区里（默认是8192个字节），然后通过flush方法将这个缓冲区里的数据一起发送出去，因此，bw.flush();是必须的。
2. 在发送字符串时之所以在Hello World后加上 “\r\n\r\n”，这是因为HTTP协议头是以“\r\n\r\n”作为结束标志（HTTP协议的详细内容将在以后讲解），因此，通过在发送字符串后加入“\r\n\r\n”，可以使服务端程序认为HTTP头已经结束，可以处理了。如果不加“\r\n\r\n”，那么服务端程序将一直等待HTTP头的结束，也就是“\r\n\r\n”。如果是这样，服务端程序就不会向客户端发送响应信息，而br.readLine()将因无法读以响应信息面被阻塞，直到连接超时。
因为我们是随便发的，所以虽然连接到对方服务器了，但是我们是随便发的，所以收到对方发来一个一个错误提示信息：

HTTP/1.1 400 Bad Request
Server: Tengine
Date: Fri, 26 Jan 2024 08:43:12 GMT
Content-Type: text/html
Connection: close

400 Bad Request

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Powered by Tengine

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nginx

这个也说明我们的通信消息收发都是成功的。

3 关闭网络连接

到现在为止，我们对Socket类的基本使用方法已经有了初步的了解，但在Socket类处理完数据后，最合理的收尾方法是使用Socket类的close方法关闭网络连接。虽然在中已经使用了close方法，但使网络连接关闭的方法不仅仅只有close方法，下面就让我们看看Java在什么情况下可以使网络连接关闭。
可以引起网络连接关闭的情况有以下4种：
1.  直接调用Socket类的close方法。
2.  只要Socket类的InputStream和OutputStream有一个关闭，网络连接自动关闭（必须通过调用InputStream和OutputStream的close方法关闭流，才能使网络可爱接自动关闭）。
3.  在程序退出时网络连接自动关闭。
4.  将Socket对象设为null或未关闭最使用new Socket(…)建立新对象后，由JVM的垃圾回收器回收为Socket对象分配的内存空间后自动关闭网络连接。   
虽然这4种方法都可以达到同样的目的，但一个健壮的网络程序最好使用第1种或第2种方法关闭网络连接。这是因为第3种和第4种方法一般并不会马上关闭网络连接，如果是这样的话，对于某些应用程序，将会遗留大量无用的网络连接，这些网络连接会占用大量的系统资源。
在Socket对象被关闭后，我们可以通过isClosed方法来判断某个Socket对象是否处于关闭状态。然而使用isClosed方法所返回的只是Socket对象的当前状态，也就是说，不管Socket对象是否曾经连接成功过，只要处于关闭状态，isClosed就返回true。如果只是建立一个未连接的Socket对象，isClose则会返回false。如下面的代码将输出false。

Socket socket = new Socket();
System.out.println(socket.isClosed());

除了isClose方法，Socket类还有一个isConnected方法来判断Socket对象是否连接成功。看到这个名字，也许读者会产生误解。其实isConnected方法所判断的并不是Socket对象的当前连接状态，而是Socket对象是否曾经连接成功过，如果成功连接过，即使现在isClose返回true，isConnected仍然返回true。因此，要判断当前的Socket对象是否处于连接状态，必须同时使用isClose和isConnected方法，即只有当isClose返回false，isConnected返回true的时候Socket对象才处于连接状态。下面的代码演示了上述Socket对象的各种状态的产生过程。
除了isClose方法，Socket类还有一个isConnected方法来判断Socket对象是否连接成功。看到这个名字，也许读者会产生误解。其实isConnected方法所判断的并不是Socket对象的当前连接状态，而是Socket对象是否曾经连接成功过，如果成功连接过，即使现在isClose返回true，isConnected仍然返回true。因此，要判断当前的Socket对象是否处于连接状态，必须同时使用isClose和isConnected方法，即只有当isClose返回false，isConnected返回true的时候Socket对象才处于连接状态。下面的代码演示了上述Socket对象的各种状态的产生过程。 

    public static void testStatus() throws Exception {
        Socket socket1 = null, socket2 = null;

        socket1 = new Socket("www.ptpress.com.cn", 80);
        printState(socket1, "socket1");

        socket1.getOutputStream().close();
        printState(socket1, "socket1");

        socket2 = new Socket();
        printState(socket2, "socket2");

        socket2.close();
        printState(socket2, "socket2");

    }

    public static void printState(Socket socket, String name) {
        System.out.println(name + ".isClosed():" + socket.isClosed());
        System.out.println(name + ".isConnected():" + socket.isConnected());
        if (socket.isClosed() == false && socket.isConnected() == true) System.out.println(name + "处于连接状态!");
        else System.out.println(name + "处于非连接状态!");
        System.out.println();
    }

 从输出结果可以看出，在socket1的OutputStream关闭后，socket1也自动关闭了。而在上面的代码我们可以看出，对于一个并未连接到服务端的Socket对象socket2，它的isClosed方法为false，而要想让socket2的isClosed方法返回true，必须使用socket2.close显示地调用close方法。
虽然在大多数的时候可以直接使用Socket类或输入输出流的close方法关闭网络连接，但有时我们只希望关闭OutputStream或InputStream，而在关闭输入输出流的同时，并不关闭网络连接。这就需要用到Socket类的另外两个方法：shutdownInput和shutdownOutput，这两个方法只关闭相应的输入、输出流，而它们并没有同时关闭网络连接的功能。和isClosed、isConnected方法一样，Socket类也提供了两个方法来判断Socket对象的输入、输出流是否被关闭，这两个方法是isInputShutdown()和isOutputShutdown()。下面的代码演示了只关闭输入、输出流的过程：

    public static void testClose() throws Exception {
        Socket socket = new Socket("www.ptpress.com.cn", 80);
        printState(socket);

        socket.shutdownInput();
        printState(socket);

        socket.shutdownOutput();
        printState(socket);
    }

    public static void printState(Socket socket) {
        System.out.println("isInputShutdown:" + socket.isInputShutdown());
        System.out.println("isOutputShutdown:" + socket.isOutputShutdown());
        System.out.println("isClosed:" + socket.isClosed());
        System.out.println();
    }

参考：

本本参考了李宁(蒙娜丽宁)老师的部分博客整理而成