22. 网络编程(2)——TCP 协议-蒲公英云

网络编程需要依靠Socket API，在java标准库中有两种风格：
1.（UDP）DatagramSocket：面向数据报（发送接收数据，必须以一定的数据报为单位进行传输）
2.（TCP）ServerSocket：面向字节流

UDP和TCP就是传输层的两个最重要的协议

TCP

服务器逻辑：

1.初始化服务器
2.进入主循环
1）先去从内核中获取到一个TCP的连接
2）处理这个TCP的连接
a）读取请求并解析
b）根据请求计算响应
c）把响应写回给客户端

服务器实现：

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpEchoServer {
    //1.初始化服务器
    //2.进入主循环
    //  1）先去从内核中获取到一个TCP的连接
    //  2）处理这个TCP的连接
    //    a）读取请求并解析
    //    b）根据请求计算响应
    //    c）把响应写回给客户端
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        while (true){
            //  1）先去从内核中获取到一个TCP的连接
            //TCP的连接管理是由操作系统内核来管理的（先描述，再组织【使用一个阻塞队列来组织若干个连接对象】）
            //当连接建立成功，内核已经把这个连接对象放到了阻塞队列中了，代码中调用到accept就是从阻塞队列中取出一个连接对象
            //在应用程序中就是Socket对象
            //如果服务器启动后，没有客户端建立连接，此时代码中的accept就会阻塞，直到有客户建立连接了才停止阻塞
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //  2）处理这个TCP的连接
            processConnection(clientSocket);
        }
    }
    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                clientSocket.getPort());
        //clientSocket.getInetAddress().toString():获得出IP
        //clientSocket.getPort())：获得端口号
        //通过 clientSocket 来和客户端交互，先做好准备工作，获取到clientSocket中流对象
        try(BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(clientSocket.getOutputStream()))) {
            //getInputStream()；getOutputStream()：字节流
            //InputStreamReader;OutputStreamWriter:把字节流转成字符流，
            //BufferedReader；BufferedWriter：套上缓冲区
            //此处是长连接版本：一次连接的过程中，需要处理多个请求和响应
            //短连接就是去掉while循环
            while (true) {
                //    a）读取请求并解析
                String request = bufferedReader.readLine();
                //此处暗含一个信息（协议）：
                //客户端发的数据必须是一个按行发送的数据（每一条数据占一行）
                //    b）根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //    c）把响应写回给客户端(客户端要按行来读)
                bufferedWriter.write(response+"\n");
                bufferedWriter.flush();
                System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                        clientSocket.getPort(),request,response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                    clientSocket.getPort());
        }
    }
    private String process(String request) {
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

这里的服务器方法实现中使用到了长连接，那么对应的就是短连接
长连接：一个连接中，客户端和服务器之间交互N次，直到满足一定条件在断开
短连接：一个连接中，客户端和服务器之间交互一次，交互完毕就断开连接

长连接比短连接效率更高

客户端逻辑:

1.启动客户端（一定不要绑定端口号）
2.进入主循环
a）读取用户输入内容
b）构造一个请求发送给服务器
c）读取服务器的响应数据
d）把响应数据显示到界面上

客户端：

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
    //1.启动客户端（一定不要绑定端口号）
    //2.进入主循环
    //  a）读取用户输入内容
    //  b）构造一个请求发送给服务器
    //  c）读取服务器的响应数据
    //  d）把响应数据显示到界面上
    private Socket socket = null;
    public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
        socket = new Socket(serverIp,serverPort);
    }
    public void start(){
        System.out.println("客户端启动");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()))){
            while (true){
                //  a）读取用户输入内容
                System.out.println("->");
                String request = scanner.nextLine();
                if ("exit".equals(request)){
                    break;
                }
               //  b）构造一个请求发送给服务器
                bufferedWriter.write(request + "\n");//按行写
                bufferedWriter.flush();
                //  c）读取服务器的响应数据
                String response = bufferedReader.readLine();
                //  d）把响应数据显示到界面上
                System.out.println(response);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

存在的问题

以上的服务器和客户端交互的过程中，第一个客户端发送请求，就会进入while循环，只有当第一个客户端退出的时候，第二个客户端发送的请求才会被响应，其原因就是客户端大于一个的时候，就会在accept方法中阻塞，这时，为了提高效率，也就是说为了让多个客户端一起被服务器响应，就可以利用多线程的方式

代码如下：

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpThreadEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpThreadEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        while (true){
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //针对这个连接，单独创建一个线程负责处理
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    processConnection(clientSocket);
                }
            });
            t.start();
        }
    }
    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                clientSocket.getPort());
        try(BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(clientSocket.getOutputStream()))) {
            while (true) {
                //    a）读取请求并解析
                String request = bufferedReader.readLine();
                //    b）根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //    c）把响应写回给客户端(客户端要按行来读)
                bufferedWriter.write(response+"\n");
                bufferedWriter.flush();
                System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                        clientSocket.getPort(),request,response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                    clientSocket.getPort());
        }
    }
    private String process(String request) {
        return request;
    }
   public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpThreadEchoServer server = new TcpThreadEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

（只有start()方法变了，其他均与之前代码一样）

但是这也会存在一个问题，如果客户端太多了，那么创建的线程也太多了，服务器需要频繁的创建和销毁线程，这时就可以使用标准库中的线程池

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TcpThreadPoolEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpThreadPoolEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        //先创建一个线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    processConnection(clientSocket);
                }
            });
        }
    }
    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                clientSocket.getPort());
        try(BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(clientSocket.getOutputStream()))) {
            while (true) {
                //    a）读取请求并解析
                String request = bufferedReader.readLine();
                //    b）根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //    c）把响应写回给客户端(客户端要按行来读)
                bufferedWriter.write(response+"\n");
                bufferedWriter.flush();
                System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                        clientSocket.getPort(),request,response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                    clientSocket.getPort());
        }
    }
    private String process(String request) {
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpThreadPoolEchoServer server = new TcpThreadPoolEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}