【Java】Java网络编程菜鸟进阶:TCP和套接字入门

Java网络编程菜鸟进阶:TCP和套接字入门

JDK 提供了对 TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)和 UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)这两个数据传输协议的支持。本文开始探讨 TCP。

TCP 基础知识

在“服务器-客户端”这种架构中,服务器和客户端各自维护一个端点,两个端点需要通过网络进行数据交换。TCP 为这种需求提供了一种可靠的流式连接,流式的意思是传出和收到的数据都是连续的字节,没有对数据量进行大小限制。一个端点由 IP 地址和端口构成(专业术语为“元组 {IP 地址, 端口}”)。这样,一个连接就可以由元组 {本地地址, 本地端口, 远程地址, 远程端口} 来表示。

连接过程

在 TCP 编程接口中,端点体现为 TCP 套接字。共有两种 TCP 套接字:主动和被动,“被动”状态也常被称为“侦听”状态。服务器和客户端利用套接字进行连接的过程如下:

1、服务器创建一个被动套接字,开始循环侦听客户端的连接。

2、客户端创建一个主动套接字,连接服务器。

3、服务器接受客户端的连接,并创建一个代表该连接的主动套接字。

4、服务器和客户端通过步骤 2 和 3 中创建的两个主动套接字进行数据传输。

下面是连接过程的图解:

【Java】Java网络编程菜鸟进阶:TCP和套接字入门

一个简单的 TCP 服务器

JDK 提供了 ServerSocket 类来代表 TCP 服务器的被动套接字。下面的代码演示了一个简单的 TCP 服务器(多线程阻塞模式),它不断侦听并接受客户端的连接,然后将客户端发送过来的文本按行读取,全文转换为大写后返回给客户端,直到客户端发送文本行 bye:

  1. public class TcpServer implements Runnable {
  2. private ServerSocket serverSocket;
  3. public TcpServer(int port) throws IOException {
  4. // 创建绑定到某个端口的 TCP 服务器被动套接字。
  5. serverSocket = new ServerSocket(port);
  6. }
  7. @Override
  8. public void run() {
  9. while (true) {
  10. try {
  11. // 以阻塞的方式接受一个客户端连接,返回代表该连接的主动套接字。
  12. Socket socket = serverSocket.accept();
  13. // 在新线程中处理客户端连接。
  14. new Thread(new ClientHandler(socket)).start();
  15. } catch (IOException ex) {
  16. ex.printStackTrace();
  17. }
  18. }
  19. }
  20. }
  21. public class ClientHandler implements Runnable {
  22. private Socket socket;
  23. public ClientHandler(Socket socket) {
  24. this.socket = Objects.requireNonNull(socket);
  25. }
  26. @Override
  27. public void run() {
  28. try (Socket s = socket) {  // 减少代码量的花招……
  29. // 包装套接字的输入流以读取客户端发送的文本行。
  30. BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
  31. s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
  32. // 包装套接字的输出流以向客户端发送转换结果。
  33. PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(
  34. s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8), true);
  35. String line = null;
  36. while ((line = in.readLine()) != null) {
  37. if (line.equals("bye")) {
  38. break;
  39. }
  40. // 将转换结果输出给客户端。
  41. out.println(line.toUpperCase(Locale.ENGLISH));
  42. }
  43. } catch (IOException ex) {
  44. ex.printStackTrace();
  45. }
  46. }
  47. }

阻塞模式的编程方式简单,但存在性能问题,因为服务器线程会卡死在接受客户端的 accept() 方法上,不能有效利用资源。套接字支持非阻塞模式,现在暂时略过。

一个简单的 TCP 客户端

JDK 提供了 Socket 类来代表 TCP 客户端的主动套接字。下面的代码演示了上述服务器的客户端:

  1. public class TcpClient implements Runnable {
  2. private Socket socket;
  3. public TcpClient(String host, int port) throws IOException {
  4. // 创建连接到服务器的套接字。
  5. socket = new Socket(host, port);
  6. }
  7. @Override
  8. public void run() {
  9. try (Socket s = socket) {  // 再次减少代码量……
  10. // 包装套接字的输出流以向服务器发送文本行。
  11. PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(
  12. s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8), true);
  13. // 包装套接字的输入流以读取服务器返回的文本行。
  14. BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
  15. s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
  16. Console console = System.console();
  17. String line = null;
  18. while ((line = console.readLine()) != null) {
  19. if (line.equals("bye")) {
  20. break;
  21. }
  22. // 将文本行发送给服务器。
  23. out.println(line);
  24. // 打印服务器返回的文本行。
  25. console.writer().println(in.readLine());
  26. }
  27. // 通知服务器关闭连接。
  28. out.println("bye");
  29. } catch (IOException ex) {
  30. ex.printStackTrace();
  31. }
  32. }
  33. }

从 JDK 文档可以看到,ServerSocket 和 Socket 在初始化的时候,可以设定一些参数,还支持延迟绑定。这些东西对性能和行为都有所影响。后续两篇文章将分别详解这两个类的初始化。

原文链接:http://www.blogjava.net/shinzey/archive/2012/01/04/367846.html

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