Java网络编程 - 03 基于TCP协议的网络通信

导读目录

• ServerSocket
• Socket
• 半关闭的Socket

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行形成网络虚拟链路。该虚拟链路一旦建立成功，两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信。

通过使用IP协议，从而使Internet成为一个允许连接不同类型的计算机和操作系统的网络。

IP协议负责将消息从一个主机传送到另一个主机，消息在传送过程中被分割成一个个小包(IP数据包)，该协议只是保证了计算计之间可以发送和接受数据，但无法解决数据分组在传输过程中可能出现的问题，因此，还需要安装TCP协议来提供可靠并且无差错的通信服务，

TCP协议被称为一种端对端协议，它会让两台计算计之间建立一个连接：用于发送和接受数据的虚拟链路。TCP协议负责收集这些信息包，并将其安适当的次序放好传送，接收端受到后再将其正确的还原，TCP协议保证了数据包在传送中准确无误。

Java使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信

1.使用ServerSocket创建TCP服务器端

在客户/服务器通信模式中, 服务器端需要创建监听端口的 ServerSocket, ServerSocket 负责接收客户连接请求

异常类型
在了解Socket的内容之前，先要了解一下涉及到的一些异常类型。以下四种类型都是继承于IOException，所以很多之后直接弹出IOException即可。
UnkownHostException //主机名字或IP错误
ConnectException //服务器拒绝连接、服务器没有启动、（超出队列数，拒绝连接）
SocketTimeoutException //连接超时
BindException //Socket对象无法与制定的本地IP地址或端口绑定

ServerSocket的构造器：
ServerSocket() throws IOException;
ServerSocket(int port) throws IOException;//用指定的端口来创建一个ServerSocket, port的有效值：0~65535
ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException;//增加一个用于改变连接队列长度的参数backlog
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException;//在机器上存在多个IP地址的情况下，允许通过bindAddr参数来将ServerSocket绑定到指定的IP地址。

注意点：

1. port服务端是要监听的端口；backlog客户端连接请求的队列长度；bindAddr服务端绑定IP
2. 如果端口被占用或者没有权限使用某些端口会抛出BindException错误。譬如1~1023的端口需要管理员才拥有权限绑定。
3. 如果设置端口为0，则系统会自动为其分配一个端口；
4. bindAddr用于绑定服务器IP，为什么会有这样的设置呢，譬如有些机器有多个网卡。
5. ServerSocket一旦绑定了监听端口，就无法更改。ServerSocket()可以实现在绑定端口前设置其他的参数。

ServerSocket的方法：
Socket accept(); //如果接受到一个客户端Socket的连接请求，该方法会返回一个与客户端Socket对应的Socket;否则该方法将会一直处于等待状态，线程也会阻塞(即该方法所在的线程)
void close(); //关闭该Socket
注意：accept()方法是ServerSocket的方法，Socket没有该方法

2.使用Socket创建客户端

构造器
Socket();//创建一个默认使用本地主机的默认IP,系统动态分配的端口的Socket

//创建连接到指定远程主机、端口的Socket,区别只是IP的传入方式
Socket(InetAddress address, int port)throws UnknownHostException, IOException
Socket(String host, int port)throws UnknownHostException, IOException

//创建连接到指定远程主机和远程端口的Socket，并指定本地IP地址和本地端口，适用于本地主机有多个IP地址的情形
Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddress, int localPort)throws IOException
Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort)throws IOException

Socket方法
InetAddress getInetAddress();//获取远程服务端的IP地址
int getPort();//获取远程服务端的端口

InetAddress getLocalAddress();//获取本地客户端的IP地址
int getLocalPort();//获取本地客户端的端口
void connect(SocketAddress endpoint); //
void connect(SocketAddress endpoint, int timeout)

**InputStream getInputStream();//获得输入流 **
**OutputStream getOutputStream();//获得输出流 **

值得注意的是，在这些方法里面，最重要的就是getInputStream()和getOutputStream()了。

Socket状态
boolean isClosed();//连接是否已关闭，若关闭，返回true；否则返回false
boolean isConnect();//如果曾经连接过，返回true；否则返回false
boolean isBound();//如果Socket已经与本地一个端口绑定，返回true；否则返回false

如果要确认Socket的状态是否处于连接中，下面语句是很好的判断方式。
boolean isConnection = socket.isConnected() && !socket.isClosed();//判断当前是否处于连接

*例子
服务器端

import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.io.*;
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(3006);
        while(true) {
            System.out.println("等待连接...");
            Socket client = ss.accept();
            System.out.println("已有客户端连接成功，正在接受消息...");
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));//接受
            String line;
            while((line = br.readLine()) != null) {
                if("exit".equals(line)) {
                    client.close();
                }else {
                    System.out.println("对方发来的消息：" + line);
                }
            }
        }
    }
}

客户端

import java.net.Socket;
import java.net.InetAddress;
import java.io.*;
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {     
        Socket s = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 3006);//由于服务器端是在本地，故这里使用InetAddress.getLocalHost()    
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String line;
        PrintStream ps = new PrintStream(s.getOutputStream());//因为发送的是文本内容，采用这个打印流的，要是其他文件最好使用字节输出流，程序更有健壮性
        while((line = br.readLine()) != null) {
            ps.println(line);
        }
    }
}

3.半关闭的Socket

在IO流中，如果要表示输出已经结束，则可以通过关闭输出流来实现，但在网络通信中则不能通过关闭输出流来表示输出已经结束，因为关闭输出流，该输出流对应的Socket也将随之关闭，

因此，Socket提供了两个半关闭的方法，只关闭Socket的输入流或输出流，用以表示输出数据已经发送完成，
void shutdownInput(); //关闭Socket的输入流，该Socket还可以输出数据, 进入半读状态
void shutdownOutput(); //关闭该Socket的输出流，该Socket还可以输入数据, 进入半写状态

调用这两个方法后的关闭Sockets的输入流或输出流，该Socket处于"半关闭"状态
注意：即使先后调用这两个方法也不会关闭Socket，只不过处于既不能输出也不能输入的状态；但是如果关闭Socket对应的输出流(getOutputStream())或输入流(getInputStream())关闭之后，就会彻底将Socket关闭。

判断该Socket的状态
boolean isInputShutdown(); //判断Socket是否处于半读状态(read-half)
boolean isOutputShutdown(); //判断Socket是否处于半写状态(write-half)

注意：当Socket关闭了输入流或输出流后，该Socket无法再次打开输出流或输入流

(2)半关闭适用于哪些场景：

1)适用于那些不需要长久保持通信状态的一站式服务；
2)特别适用于HTTP通信，而且特别适用于客户端，因为客户端在发送请求后就无需再发送其它数据了，往往只是等待服务器端返回想要的资源；
3)因此在客户端发送完请求之后就可以立马半关闭输出流了（半写状态）；