3 发送和接收数据

3.1信息和编码

通过套接字进行发送和接收时，只能处理字节和字节数组。作为一种强类型语言，Java需要把其他数据类型（int，String等）显式转换成字节数组。比如String类的getBytes()方法，是将一个Sring实例中的字符转换成字节的标准方式。
注：语言有无类型，弱类型和强类型三种。其中，无类型不检查，甚至不区分指令和数据；弱类型的检查很弱，仅能严格的区分指令和数据；强类型的则严格的在编译期进行检查。强类型语言在没有强制类型转化前，不允许两种不同类型的变量相互操作。 如：double类型变量a，不经过强制类型转换那么程序int b = a是无法通过编译。常用的强类型语言有Java、C# 、Apex和Python等。

3.1.1基本类型

计算机组成原理原码补码知识

3.1.2字符串和文本

我们可以将数字和boolean类型的数据表示成String类型，如“123478962”，“6.02e23”，“true”，“false”等。也可以通过调用getBytes（）方法，将一个字符串转换成字节数组。

3.2组合输入输出流

Java中与流相关的类可以组合起来从而提供强大的功能。例如，我们可以将一个Socket实例的OutputStream包装在一个BufferedOutputStream实例中，这样可以先将字节暂时缓存在一起，然后再一次全部发送到底层的通信信道中，以提高程序的性能。我们还能再将这个BufferedOutputStream实例包裹在一个DataOutputStream实例中，以实现发送基本数据类型的功能。

组合输入输出流图解.png

在这个例子中，我们先将基本数据的值，一个一个写入Data OutputStream中，DataOutputStream再将这些数据以二进制的形式写入BufferedOutput-Stream并将三次写入的数据缓存起来，然后再由BufferedOutputStream一次性地将这些数据写入套接字的OutputStream，最后由OutputStream将数据发送到网络。在另一个终端，我们创建了相应的组合InputStream，以有效地接收基本数据类型。

Java中的相关类.png

成帧与解析

这部分主要讲的是流传输中对数据开始和结束边界的处理，这也是为什么我们使用read()方法读取-1，进行判定读到流结束的原因。（SOGa！）
成帧（framing）技术则解决了接收端如何定位消息的首尾位置的问题。无论信息是编码成了文本、多字节二进制数、或是两者的结合，应用程序协议必须指定消息的接收者如何确定何时消息已完整接收。
由于UDP套接字保留了消息的边界信息，因此不需要进行成帧处理（实际上，主要是DatagramPacket负载的数据有一个确定的长度，接收者能够准确地知道消息的结束位置），而TCP协议中没有消息边界的概念，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（在TCP连接中，接收者读取完最后一条消息的最后一个字节后，将受到一个流结束标记，即read（）返回-1，该标记指示出已经读取到了消息的末尾，非严格意义上来讲，这也算是基于定界符方法的一种特殊情况）。
主要有两种技术使接收者能够准确地找到消息的结束位置：

• 1、基于定界符：消息的结束由一个唯一的标记指出，即发送者在传输完数据后显式添加的一个特定字节序列，这个特殊标记不能在传输的数据中出现（这也不是绝对的，应用填充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）。该方法通常用在以文本方式编码的消息中。
• 2、显式长度：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。该方法主要用在以二进制字节方式编码的消息中。
• 基于定界符的方法
  通常用在以文本方式编码的消息中：定义一个特殊的字符或字符串来标识消息的结束。接收者只需要简单地扫描输入信息（以字节的方式）来查找定界序列，并将定界符前面的字符串返回。这种方法的缺点是消息本身不能包含有定界字符，否则接收者将提前认为消息已经结束。在基于定界符的成帧方法中，发送者要保证满足这个先决条件。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。这个技术的缺点是发送者和接收者双方都必须扫描消息。
• 基于长度的方法
  更简单一些，不过要使用这种方法必须知道消息长度的上限。发送者先要确定消息的长度，将长度信息存入一个整数，作为消息的前缀。消息的长度上限定义了用来编码消息长度所需要的字节数：如果消息的长度小于256字节，则需要1个字节；如果消息的长度小于65 536字节，则需要2个字节等。
  代码实现：
  定义的Framer接口。它有两个方法：frameMsg（）方法用来添加成帧信息并将指定消息输出到指定流，nextMsg（）方法则扫描指定的流，从中抽取出下一条消息。
  Frame.java

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

DelimFramer.java类实现了基于定界符的成帧方法，其定界符为“换行”符（“\n”，字节值为10）。frameMethod（）方法并没有实现填充，当成帧的字节序列中包含有定界符时，它只是简单地抛出异常。nextMsg（）方法扫描流，直到读取到了定界符，并返回定界符前面的所有字符，如果流为空则返回null。如果累积了一个消息的不少字符，但直到流结束也没有找到定界符，程序将抛出一个异常来指示成帧错误。
DelimFramer.java

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;        // 数据来源
  private static final byte DELIMITER = '\n'; // 定界符
 
  public DelimFramer(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
 
  public void frameMsg(byte[] message, OutputStream out) throws IOException {
    for (byte b : message) {
      if (b == DELIMITER) {
        //如果在消息中检查到界定符，则抛出异常
        throw new IOException("Message contains delimiter");
      }
    }
    out.write(message);
    out.write(DELIMITER);
    out.flush();
  }
 
  public byte[] nextMsg() throws IOException {
    ByteArrayOutputStream messageBuffer = new ByteArrayOutputStream();
    int nextByte;
 
    while ((nextByte = in.read()) != DELIMITER) {
      //如果流已经结束还没有读取到定界符
      if (nextByte == -1) { 
        //如果读取到的流为空，则返回null
        if (messageBuffer.size() == 0) { 
          return null;
        } else { 
          //如果读取到的流不为空，则抛出异常
          throw new EOFException("Non-empty message without delimiter");
        }
      }
      messageBuffer.write(nextByte); 
    }
 
    return messageBuffer.toByteArray();
  }
}

LengthFramer.java类实现了基于长度的成帧方法，适用于长度小于65 535（216-1）字节的消息。发送者首先给出指定消息的长度，并将长度信息以big-endian顺序存入两个字节的整数中，再将这两个字节放在完整的消息内容前，连同消息一起写入输出流。在接收端，我们使用DataInputStream以读取整型的长度信息；readFully（）方法将阻塞等待，直到给定的数组完全填满，这正是我们需要的。值得注意的是，使用这种成帧方法，发送者不需要检查要成帧的消息内容，而只需要检查消息的长度是否超出了限制。
LengthFramer.java

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 SHORTMASK = 0xffff;
  public static final int BYTESHIFT = 8;
 
  private DataInputStream in;
 
  public LengthFramer(InputStream in) throws IOException {
    this.in = new DataInputStream(in);    //数据来源
  }
 
  //对字节流message添加成帧信息，并输出到指定流 
  public void frameMsg(byte[] message, OutputStream out) throws IOException {
    //消息的长度不能超过65535
    if (message.length > MAXMESSAGELENGTH) {
      throw new IOException("message too long");
    }
    out.write((message.length >> BYTESHIFT) & BYTEMASK);
    out.write(message.length & BYTEMASK);
    out.write(message);
    out.flush();
  }
 
  public byte[] nextMsg() throws IOException {
    int length;
    try { 
      //该方法读取2个字节，将它们作为big-endian整数进行解释，并以int型整数返回它们的值
      length = in.readUnsignedShort(); 
    } catch (EOFException e) { // no (or 1 byte) message
      return null;
    }
    // 0 <= length <= 65535
    byte[] msg = new byte[length];
    //该方法处阻塞等待，直到接收到足够的字节来填满指定的数组
    in.readFully(msg); //
    return msg;
  }
}