一文讲明TCP网络编程、Socket套接字的讲解使用、网络编程案例

一文讲明TCP网络编程、Socket套接字的讲解使用、网络编程案例

本文将详细介绍TCP网络编程的基础知识和Socket套接字的使用方法。通过理论讲解和代码示例，帮助读者理解如何在Java中实现客户端与服务器之间的通信。

1 Socket讲解

利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛采用，成为事实上的标准。网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。

通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。网络通信其实就是Socket间的通信。Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。

一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端。

Socket分类：

1. 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务。
2. 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务

Socket类的常用构造器：

• public Socket(InetAddress address, int port)：创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
• public Socket(String host, int port)：创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

Socket类的常用方法：

• public InputStream getInputStream()：返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
• public OutputStream getOutputStream()：返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
• public InetAddress getInetAddress()：此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
• public InetAddress getLocalAddress()：获取套接字绑定的本地地址。 即本端的IP地址
• public int getPort()：此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
• public int getLocalPort()：返回此套接字绑定到的本地端口。 如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。
• public void close()：关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。 关闭此套接字也将会关闭该套接字的InputStream和OutputStream。
• public void shutdownInput()：如果在套接字上调用shutdownInput()后从套接字输入流读取内容，则流将返回EOF（文件结束符）。 即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
• public void shutdownOutput()：禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。 如果在套接字上调用shutdownOutput()后写入套接字输出流，则该流将抛出IOException。 即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

2 基于Socket的TCP编程

Java语言的基于套接字编程分为服务端编程和客户端编程，其通信模型如图所示：

3 客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤

• 创建 Socket：根据指定服务端的IP地址或端口号构造Socket类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
• 打开连接到 Socket的输入/出流：使用getInputStream()方法获得输入流，使用getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
• 按照一定的协议对Socket进行读写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
• 关闭Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路

3.1 客户端创建Socket对象

客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连接。Socket的构造器是：

• Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException：向服务器（域名是host。端口号为port）发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
• Socket(InetAddress address, int port) throws IOException：根据InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接

客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求

4 服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：

• 调用ServerSocket(int port)：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
• 调用accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
• 调用该Socket类对象的getOutputStream()和getInputStream ()获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
• 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字

4.1 服务器建立ServerSocket对象

ServerSocket对象负责等待客户端请求建立套接字连接，类似邮局某个窗口中的业务员。也就是说，服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字连接的ServerSocket对象。

所谓“接收”客户的套接字请求，就是accept()方法会返回一个Socket对象

5 案例实现 客户端和服务端通信

基本思路：

• 客户端和服务端建立连接
• 发送接收数据进行通信
• 关闭连接

具体实现的过程：（提示：需要客户端先发送数据给服务端，服务端在接收数据后，发送数据给客户端，然后客户端接收数据。如果客户端先接收数据后发送数据，会阻塞）

5.1 代码实现

import org.junit.Test;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPTest4 {
    @Test
    public void Myclient() throws IOException {
        //1、准备Scoket，连接服务器，需要指定服务器的IP地址和端口号
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        //3、获取输出流，用来发送数据给服务器
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //2、获取输入流，用来接收服务器发给客户端的数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //4、通信
        //发送数据
        outputStream.write("你好，我是客户端发来的数据".getBytes());
        outputStream.flush();
        socket.shutdownOutput();
        //会在流末写一个“流的末尾”标记，对方才能读到-1，否则对方的读取方法会一直阻塞
        //4、接收
        byte[] data = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = inputStream.read(data)) != -1) {
            System.out.println(new String(data, 0, len));
        }
        //5、关闭socket，不再与服务器通信，即断开与服务器的连接
        //socker关闭，意味着InputStream和OutputStrem也关闭了
        socket.close();
    }
    @Test
    public void MyServer() throws IOException {
        //1、准备一个ServerSocker
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //2、监听一个客户端的连接。accept()是一个阻塞的方法，如果没有客户端连接，将一直等待
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("一个客户端连接成功");
        //3、获取输出流，用来发送数据给客户端
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //获取输入流，用来接收客户端发送给服务器的数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //4、通信
        //接收数据
        byte[] data = new byte[1024];
        int len;
        while ((len=inputStream.read(data))!=-1){
            System.out.println(new String(data,0,len));
        }
        //发送数据
        outputStream.write("我是服务端发来的信息".getBytes());
        outputStream.flush();
        socket.shutdownOutput();
        //socker关闭，意味着InputStream和OutputStrem也关闭了
        socket.close();
        //6、如果不在接收任何客户端通信，可以关闭ServerSocker
        serverSocket.close();
    }
}

5.2 实现结果

6 更多案例分析

6.1 客户端发送信息给服务端，服务端将数据显示在控制台上

代码位置：代码仓库链接

6.2 客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地

代码位置：代码仓库链接

6.3 从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端

代码位置：代码仓库链接