Java 基于 TCP 的 Socket 编程

目录

1、TCP 协议

2、简单的 TCP 网络编程实现

3、一个服务端支持多个客户端连接的实现

1、TCP 协议

        TCP 协议，指传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol），是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

        在明白 TCP 协议概念的前提下，想要实现用 Java 程序来进行 TCP 编程其实不难，首先说一下编程中的相关概念：

• IP：唯一的标识 Internet 上的某台计算机，在 Java 程序中通过 InetAddress 类获取 IP
• 端口号：可以理解为计算机上运行的进程的入口，不同的进程有不同的端口号
• Socket：这是一个比较抽象的概念，一个应用程序通过一个 Socket 来建立一个远程连接，而 Socket 内部通过 TCP/IP 协议把数据传输到网络，Socket 是两个进程之间网络通信的桥梁。

2、简单的 TCP 网络编程实现

        创建两个程序，一个充当服务器端，另一个充当客户端；服务器端会主动监听某个指定的端口，客户端必须主动连接服务器的 IP 地址和指定端口，如果连接成功，服务器端和客户端就成功地建立了一个 TCP 连接，双方后续就可以随时发送和接收数据。

        服务端程序的实现：

import java.net.*;
import java.io.*;

public class TcpServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(8001); // 驻守在8001端口
            Socket s = ss.accept();                   // 阻塞，等到有客户端连接上来
            System.out.println("welcome to the java world");
            InputStream ips = s.getInputStream();     // 有client连上来，打开输入流
            OutputStream ops = s.getOutputStream();   // 打开输出流
            // 同一个通道，服务端的输出流就是客户端的输入流；服务端的输入流就是客户端的输出流

            ops.write("Hello, Client!".getBytes());  // 输出一句话给客户端

            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));
            // 从客户端读取一句话
            System.out.println("Client said: " + br.readLine());

            ips.close();
            ops.close();
            s.close();
            ss.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        客户端程序的实现：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

public class TcpClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 8001); //需要服务端先开启

            // 同一个通道，服务端的输出流就是客户端的输入流；服务端的输入流就是客户端的输出流
            InputStream ips = s.getInputStream();    //开启通道的输入流
            BufferedReader brNet = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));

            OutputStream ops = s.getOutputStream();  //开启通道的输出流
            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ops);

            BufferedReader brKey = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            while (true) {
                String strWord = brKey.readLine();
                if (strWord.equalsIgnoreCase("quit")) {
                    break;
                } else {
                    System.out.println("I want to send: " + strWord);
                    // 向服务端发送数据（使用输出流）
                    dos.writeBytes(strWord + System.getProperty("line.separator"));
                    // 打印接收到的数据（使用输入流）
                    System.out.println("Server said: " + brNet.readLine());
                }

            }

            dos.close();
            brNet.close();
            brKey.close();
            s.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        分别启动服务端和客户端程序，演示效果如下：

        注意：服务端需要先于客户端启动，否则客户端因连接不到指定的进程而报错。同时输入输出流还可以传各种类型的数据，详情请参考 Java 的各种 I/O 流实现。

3、一个服务端支持多个客户端连接的实现

        实际场景中，一个服务端往往可以支持多个客户端的连接，为多个客户端提供服务。如下图所示：

        此处，为了实现上述想法，可以通过多线程改进一下服务端程序的实现：

import java.net.*;

public class TcpServer2 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8001);
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("监听到 client 连接...");
                // 启动一个线程
                new Thread(new Worker(socket)).start();
            }
            //ss.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        Worker.class 类的详情如下：

import java.net.*;
import java.io.*;

class Worker implements Runnable {

    Socket socket;

    public Worker(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println("Worker 已经启动...");
            InputStream ips = socket.getInputStream();
            OutputStream ops = socket.getOutputStream();

            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));
            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ops);
            while (true) {
                String strWord = br.readLine();
                System.out.println("client said:" + strWord + ":" + strWord.length());
                if (strWord.equalsIgnoreCase("quit")){
                    break;
                }
                String strEcho = strWord + " 666";
                // dos.writeBytes(strWord +"---->"+ strEcho +"\r\n");
                System.out.println("server said:" + strWord + "---->" + strEcho);
                dos.writeBytes(strWord + "---->" + strEcho + System.getProperty("line.separator"));
            }
            br.close();
            // 关闭包装类，会自动关闭包装类中所包装的底层类。所以不用调用ips.close()
            dos.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        分别启动服务端和客户端1和2后的演示效果如下：

        在客户端1，输入Hi：

        在客户端2，输入Hello：

        服务端的输出如下：

        至此，Java 基于 TCP 的 Socket 编程结束。有关 Java 基于 UDP 的 Socket 编程，可以参考我的这篇文章：《Java 基于 UDP 的 Socket 编程》。