java TCP Socket教程 java tcp/ip socket编程pdf

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梦想启航吧 2023-09-27 15:17:00

文章标签 java TCP Socket教程基于TCP协议的网络编程套接字客户端服务器 文章分类 Java 后端开发

一、基于TCP协议的网络编程

1、TCP/IP是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket，从而在通信的两端之间形成网络虚拟链路；

　　一旦建立了虚拟的网络链路，两端的程序就可以通过虚拟链路来进行通信；

2、Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

Java对基于TCP/IP协议的网络通信提供了良好的封装；

Java使用Socket对象来代表两端（服务器程序和客户端程序）的通信端口；并通过Socket产生的IO流来进行通信。

其中 ServerSocket 类表示 Socket 服务器端，Socket 类表示 Socket 客户端。这两个类中的方法都比较相同。

简单来说，Java的网络编程是使用Socket对象进行的I/O编程。

1、ServerSocket 类

用来实现服务器套接字。服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。

服务器套接字一次可以与一个套接字连接，如果多台客户端同时提出连接请求，请求连接的客户端会被存入一个队列中，然后从中取出一个套接字与服务器新建的套接字连接起来。

若请求连接大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝；默认的队列大小是 50。

1. ServerSocket 的构造方法

`ServerSocket()` 创建非绑定服务器套接字。
`ServerSocket(int port)` 创建绑定到特定端口的服务器套接字。backlog （默认队列大小是50）
`ServerSocket(int port, int backlog)` 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
`ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress` 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

2. ServerSocket 的常用方法

`Socket`	`accept()` 侦听并接受到此套接字的连接。
`void`	`bind(SocketAddress` 将 `ServerSocket` 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。
`void`	`bind(SocketAddress` 将 `ServerSocket` 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。
`void`	`close()` 关闭此套接字。
`ServerSocketChannel`	`getChannel()` 返回与此套接字关联的唯一 ServerSocketChannel 对象（如果有）。
`InetAddress`	`getInetAddress()` 返回此服务器套接字的本地地址。
`int`	`getLocalPort()` 返回此套接字在其上侦听的端口。
`SocketAddress`	`getLocalSocketAddress()` 返回此套接字绑定的端点的地址，如果尚未绑定则返回 `null`。
`int`	`getReceiveBufferSize()` 获取此 ServerSocket 的 SO_RCVBUF 选项的值，该值是将用于从此 ServerSocket 接受的套接字的建议缓冲区大小。

调用 accept() 方法会返回一个和客户端 Socket 对象相连接的 Socket 对象。

服务器端的 Socket使用 getOutputStream() 方法获得的输出流，将指向客户端 Socket 使用 getInputStream() 方法获得那个输入流。
同样，服务器端的 Socket使用的 getInputStream() 方法获得的输入流，将指向客户端 Socket 使用的 getOutputStream() 方法获得的那个输出流。
也就是说，当服务器向输出流写入信息时，客户端通过相应的输入流就能读取，反之同样如此。

2、Socket 类

用来实现客户端套接字。用于呼叫远端机器上的一个端口，主动向服务器端发送数据（当连接建立后也能接收数据）。

1. Socket 的构造方法

	`Socket()` 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字
	`Socket(InetAddress` 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。
	`Socket(InetAddress address, int port, InetAddress` 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
	`Socket(Proxy` 创建一个未连接的套接字并指定代理类型（如果有），该代理不管其他设置如何都应被使用。
	`Socket(String` 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(String host, int port, InetAddress` 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。

2. Socket 的常用方法

方法摘要
`void`	`bind(SocketAddress` 将套接字绑定到本地地址。
`void`	`close()` 关闭此套接字。
`void`	`connect(SocketAddress` 将此套接字连接到服务器。
`void`	`connect(SocketAddress` 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。
`boolean`	`isBound()` 返回套接字的绑定状态。
`boolean`	`isClosed()` 返回套接字的关闭状态。
`boolean`	`isConnected()` 返回套接字的连接状态。
`boolean`	`isInputShutdown()` 返回是否关闭套接字连接的半读状态 (read-half)。
`boolean`	`isOutputShutdown()` 返回是否关闭套接字连接的半写状态 (write-half)。
`void`	`setSoLinger(boolean on, int linger)` 启用/禁用具有指定逗留时间（以秒为单位）的 SO_LINGER。
`void`	`setSoTimeout(int timeout)` 启用/禁用带有指定超时值的 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。

SO_TIMEOUT选项
该选项表示accept()方法等待客户端连接的时间，以毫秒为单位。
当accept()方法在超时时间内没有获得连接，就会抛出SocketTImeoutException。
选项必须在进入阻塞操作前被启用才能生效。超时值必须是 > 0 的数。超时值为 0 被解释为无穷大超时值。
SO_REUSEADDR选项
关闭 TCP 连接时，该连接可能在关闭后的一段时间内保持超时状态。
此时，是否允许新的ServerSocket绑定到与旧的ServerSocket 同样的端口上，在某些操作系统上允许重用端口，有些则不允许。很多服务器程序都是用固定的端口，当程序关闭后，端口可能还被占用一段时间，如果此时立刻重启服务器，服务器就会无法绑定端口，抛出BindException异常。为了确保不发生这种异常，就可以调用ServerSocket的setReuseAddress(boolean on)方法：
if(!serverSocket.getResuseAddress())
serverSocket.setReuseAddress(boolean on);
该方法必须在绑定端口前设置。
SO_RCVBUF选项
用于设置内部套接字接收缓冲区的大小和设置公布到远程同位体的 TCP 接收窗口的大小。
该方法必须在绑定端口前设置。

基于TCP的套接字编程实现流程

服务器端流程：

创建服务器套接字（ServerSocket）
将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
将套接字设定为监听模式，准备接受客户端请求（listen）
阻塞等待客户端请求到来。当请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此客户端连接的套接字socketClient（accept）
用返回的套接字socketClient和客户端进行通信（IO流操作）
返回，等待另一个客户端请求（accept）
关闭套接字（close）

客户端流程：

创建客户端套接字（Socket）
向服务器发出连接请求（connect）
和服务器进行通信（IO流操作）
关闭套接字（close）

/**
 * 服务器端
 */
public class Server {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个ServerSocket，用于监听客户端的连接请求
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));

        // 使用循环不断地接受来自客户端的连接
        while (true) {
            Socket socket= serverSocket.accept();

            // IO流交互通信
            PrintStream printStream = new PrintStream(socket.getOutputStream(), true, "UTF-8");
            printStream.println("服务器说:" + socket.getInetAddress() + "，来了老弟");

            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));
            System.out.println("来自客户端的信息：" + in.readLine());

            // 关闭
            printStream.close();
            in.close();
            socket.close();
        }
        
    }
}

/**
 * 客户端的代码
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个Socket，向服务器发出连接请求
        Socket socket = new Socket();
        socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));

        // IO流交互通信
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));
        System.out.println("来自服务器的信息：" + reader.readLine());

        PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream(), true, "UTF-8");
        ps.println("客户端向你问好");

        // 关闭
        reader.close();
        socket.close();
    }
}

—— Stay Hungry. Stay Foolish. 求知若饥，虚心若愚。

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