Java TCP/IP Socket 编程 笔记（四）—发送和接收数据

1.TCP/IP协议要求信息必须在块（chunk）中发送和接收，而块的长度必须是8位的倍数，因此，我们可以认为TCP/IP协议中传输的信息是字节序列。如何发送和解析信息需要一定的应用程序协议。
2.信息编码：
    首先是Java里对基本整型的处理，发送时，要注意：1）每种数据类型的字节个数；2）这些字节的发送顺序是怎样的？（little-endian还是big-endian）；3）所传输的数值是有符号的（signed）还是无符号的（unsigned）。具体编码时采用位操作（移位和屏蔽）就可以了。具体在Java里，可以采用DataOutputStream类和ByteArrayOutputStream来实现。恢复时可以采用DataInputStream类和ByteArrayInputStream类。
    其次，字符串和文本，在一组符号与一组整数之间的映射称为编码字符集（coded character set）。发送者与接收者必须在符号与整数的映射方式上达成共识，才能使用文本信息进行通信，最简单的方法就是定义一个标准字符集。具体编码时采用String的getBytes()方法。
    最后，位操作。如果设置一个特定的设为1，先设置好掩码(mask)，之后用或操作；要清空特定一位，用与操作。
3.成帧与解析
成帧（framing）技术解决了接收端如何定位消息的首位位置的问题。
如果接收者试图从套接字中读取比消息本身更多的字节，将可能发生以下两种情况之一：如果信道中没有其他消息，接收者将阻塞等待，同时无法处理接收到的消息；如果发送者也在等待接收端的响应消息，则会形成死锁（dealock）；另一方面，如果信道中还有其他消息，则接收者会将后面消息的一部分甚至全部读到第一条消息中去，这将产生一些协议错误。因此，在使用TCP套接字时，成帧就是一个非常重要的考虑因素。
有两个技术：
1. 基于定界符（Delimiter-based）：消息的结束由一个唯一的标记（unique marker）指出，即发送者在传输完数据后显式添加的一个特殊字节序列。这个特殊标记不能在传输的数据中出现。幸运的是，填充（stuffing）技术能够对消息中出现的定界符进行修改，从而使接收者不将其识别为定界符。在接收者扫描定界符时，还能识别出修改过的数据，并在输出消息中对其进行还原，从而使其与原始消息一致。
2. 显式长度（Explicit length）：在变长字段或消息前附加一个固定大小的字段，用来指示该字段或消息中包含了多少字节。这种方法要确定消息长度的上限，以确定保存这个长度需要的字节数。
接口：

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;

public interface Framer {
	void frameMsg(byte [] message,OutputStream out) throws IOException;
	byte [] nextMsg() throws IOException;
}

定界符的方式：

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.EOFException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class DelimFramer implements Framer {
	private InputStream in;//data source;
	private static final byte DELIMTER=(byte)'\n';//message delimiter
	
	public DelimFramer(InputStream in){
		this.in=in;
	}

	@Override
	public void frameMsg(byte[] message, OutputStream out) throws IOException {
		//ensure that the message dose not contain the delimiter
		for(byte b:message){
			if(b==DELIMTER)
				throw new IOException("Message contains delimiter");
		}
		out.write(message);
		out.write(DELIMTER);
		out.flush();
		
		
	}

	@Override
	public byte[] nextMsg() throws IOException {
		ByteArrayOutputStream messageBuffer=new ByteArrayOutputStream();
		int nextByte;
		
		while((nextByte=in.read())!=DELIMTER){
			if(nextByte==-1){//end of stream?
				if(messageBuffer.size()==0){
					return null;
				}else{
					throw new EOFException("Non-empty message without delimiter");
				}
			}
			messageBuffer.write(nextByte);
		}
		return messageBuffer.toByteArray();
	}
}

显式长度方法：

import java.io.DataInputStream;
import java.io.EOFException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class LengthFramer implements Framer {
	public static final int MAXMESSAGELENGTH=65535;
	public static final int BYTEMASK=0xff;
	public static final int SHOTMASK=0xffff;
	public static final int BYTESHIFT=8;
	
	private DataInputStream in;// wrapper for data I/O
	
	public LengthFramer(InputStream in) throws IOException{
		this.in=new DataInputStream(in);
	}

	@Override
	public void frameMsg(byte[] message, OutputStream out) throws IOException {
		if(message.length>MAXMESSAGELENGTH){
			throw new IOException("message too long");
		}
		
		//write length prefix
		out.write((message.length>>BYTEMASK)&BYTEMASK);
		out.write(message.length&BYTEMASK);
		//write message
		out.write(message);
		out.flush();
	}

	@Override
	public byte[] nextMsg() throws IOException {
		int length;
		
		try{
			length=in.readUnsignedShort();
		}catch(EOFException e){
			//no (or 1 byte) message;
			return null;
		}
		//0<=length<=65535;
		byte [] msg=new byte[length];
		in.readFully(msg);//if exception,it's a framing error;
		return msg;
	}
}