【网络编程】学习系列（二）基于TCP的Socket通信

梦里梦外; 2022-11-21 01:25 253阅读 0赞

### 目录 ###

*  基于TCP的Socket通信
 *   *  1.1 ServerSocket类的accept()方法
     *  1.2 Socket中的InputStream的read()方法
     *  1.3 客户端向服务端传递字符串
     *  1.4 服务端向客户端传递数据
     *  1.5 实现服务端与客户端多次的往来通信
     *  1.6 Stream的close()方法造成Socket关闭
     *  1.7 客户端传输图片到服务器
     *  1.8 TCP三次握手连接过程
     *  1.9 服务端与客户端互传对象以及I/O流顺序问题

# 基于TCP的Socket通信 #

Tcp提供了基于流的长连接的数据传递，发送的数据带有顺序性。TCP是一种流协议，以六为单位进行数据传输。

什么是长连接？

> 长连接可以实现客户端与服务端连接成功后连续的传输数据，在这个过程中，连接保持开启状态。数据传输完后连接不关闭。
> 
> 总之：长连接是指建立了Socket连接后，无论是否使用这个连接，该链接都保持连接状态。

什么是短连接？

> 短连接就是服务端与客户端连接成功后开始传输数据，数据传输完毕则连接立即关闭，如果还想传输数据，则需要再创建新的连接进行数据传输。

**UDP是无连接协议，所以不存在长短连接的概念**

长连接的优缺点

>  *  缺点：除第一次之外，客户端不需要每次传输数据时都先与服务端进行握手，这样就减少了握手确认时间，直接传输数据，提高程序运行效率
>  *  优点：在服务端需要保存多个Socket对象，增加内存占用

短连接的优缺点

>  *  缺点：每次传输数据前都要重新创建连接，也就是每次都要进行三次握手。
>  *  优点：在服务端不需要保存多个Socket对象，降低内存占用

## 1.1 ServerSocket类的accept()方法 ##

ServerSocket的作用是创建Socket（套接字）的服务端，而Socket类的作用是创建Socket的客户端。在代码上就是使用Socket类去连接ServerSocket类，也就是客户端要主动连接服务端。

ServerSocket类中的 public Socket accept()方法的作用是真挺并接受此套接字的连接。此方法在连接传入之前一直阻塞。

**ServerSocket accept()在没有客户端连接时是阻塞的**

测试代码如下

> 如下代码创建了端口号为8088的服务端，然后等待客户端连接，没有客户端连接的话一直阻塞

@Test
    public void test13() throws IOException { 
        System.out.println("服务器启动8088");
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
        Socket accept = serverSocket.accept();
        System.out.println("客户端连接成功 - ");
        serverSocket.close();
    }

> 创建客户端，先运行服务端，然后运行客户端，就会发现服务端不会阻塞了。

@Test
    public void test14() throws IOException { 
        System.out.println("客户端启动");
        //连接到本地的8088端口
        Socket socket = new Socket("localhost",8088);
        System.out.println("客户端结束 - > ");
        socket.close();
    }

**使用ServerSocket创建一个Web服务器**

@Test
    public void test15(){ 
        ServerSocket serverSocket = null;
        Socket client = null;
        InputStream inputStream = null;
        OutputStream outputStream = null;
        BufferedReader bufferedReader = null;
        try { 
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            client = serverSocket.accept();
            //使用客户端写点数据出去
            outputStream = client.getOutputStream();
            inputStream = client.getInputStream();
            //用转换流将其转换
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(inputStream);
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(outputStream);
            //交给Buffer处理速度更快
            bufferedReader = new BufferedReader(isr);
            //将客户端的数据读取出来--打印--一行一行读取
            String res = "";
            while(!"".equals(res = bufferedReader.readLine())){ 
                System.out.println(res);
            }
            //向客户端响应点数据进行测试
            outputStream.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n".getBytes());
            outputStream.write("<html><body> <a href='www.baidu.com'>test</a> </body></html>".getBytes("UTF-8"));
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(outputStream != null){ 
                    outputStream.flush();
                    outputStream.close();
                }
                if(inputStream != null){ 
                    //外层被关闭，内层的InputStream也会关闭
                    bufferedReader.close();
                }
                client.close();
                serverSocket.close();
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 1.2 Socket中的InputStream的read()方法 ##

注意：此方法和accept()方法一样都具有阻塞特性

此方法的作用是从流中对方发来的数据。

测试程序

如下程序中启动服务器，然后启动客户端，会发现服务器一直阻塞，因为read()没读到任何数据，因为客户端没法送任何数据，当时在10s后就行了，因为客户端退出了

> 服务端如下所示

@Test
    public void test16(){ 
        try { 
            byte[] bytes = new byte[1024];
            System.out.println("--------- 服务器启动 --------");
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            System.out.println("----------开始读取数据---------");
            inputStream.read(bytes);
            System.out.println("----------读取完成---------");
            serverSocket.close();
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }
    }

> 客户端如下

@Test
    public void test17(){ 
        try { 
            System.out.println("客户端开始连接");
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10L);
            System.out.println("客户端结束------");
            socket.close();
        }catch (IOException | InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace();
        }
    }

## 1.3 客户端向服务端传递字符串 ##

代码分析

> 服务器端开设端口，等待客户端连接，
> 
> 客户端连接成功后开始发送数据。
> 
> 服务器端接受数据，但是每次只接受3个字符，并打印

服务器端如下所示

@Test
    public void test18(){ 
        ServerSocket serverSocket = null;
        InputStream inputStream = null;
        InputStreamReader inputStreamReader = null;
        try { 
            char[] chars = new char[3];
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket client = serverSocket.accept();
            inputStream = client.getInputStream();
            inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
            int readLength = 0;
            System.out.println("---------read start----------");
            while((readLength = inputStreamReader.read(chars)) != -1){ 
                String s = new String(chars, 0, readLength);
                System.out.println(s);
            }
            System.out.println("---------read end----------");
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(inputStreamReader != null){ 
                    inputStreamReader.close();
                }
                if(serverSocket != null){ 
                    serverSocket.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

客户端如下所示

@Test
    public void test19(){ 
        Socket socket = null;
        OutputStream outputStream = null;
        BufferedWriter bw = null;
        try { 
            socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
            outputStream = socket.getOutputStream();
            bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
            System.out.println("客户端写入数据开始");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
            bw.write("我是东坡");
            System.out.println("客户端写入结束");
        }catch (IOException | InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(bw != null){ 
                    bw.flush();
                    bw.close();
                }
                if(socket != null){ 
                    socket.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    }

## 1.4 服务端向客户端传递数据 ##

服务器端如下

@Test
    public void test20(){ 
        ServerSocket serverSocket = null;
        BufferedWriter bw = null;
        try { 
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket client = serverSocket.accept();
            bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()));
            bw.write("我是东坡，这是测试");
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(bw != null){ 
                    bw.flush();
                    bw.close();
                }
                if(serverSocket != null){ 
                    serverSocket.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

客户端如下

@Test
    public void test21(){ 
        Socket socket = null;
        BufferedReader br = null;
        try { 
            socket = new Socket("localhost",8888);
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            System.out.println("客户端开始 -------");
            String s = br.readLine();
            System.out.println("客户端接收数据为 ： "+ s);
            System.out.println("客户端结束 -------");
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(br != null){ 
                    br.close();
                }
                if(socket != null){ 
                    socket.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 1.5 实现服务端与客户端多次的往来通信 ##

前面的实验都是服务端与客户端只进行了一次通信，那么如何实现多次的长连接通信呢？

代码分析

> 使用对象流ObjectOutputStream

服务端代码如下所示

@Test
    public void test22(){ 
        ServerSocket serverSocket = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        String msgA = "你好客户端A - 1\r\n";
        String msgB = "你好客户端B - 1\r\n";
        try { 
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket client = serverSocket.accept();
            ois = new ObjectInputStream(client.getInputStream());
            oos = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());
            //先把长度发送过去，对面根据这个长度来创建数组
            oos.writeInt((msgA + msgB).getBytes().length);
            oos.write(msgA.getBytes());
            oos.write(msgB.getBytes());
            oos.flush();
            //读取数据
            int legth = ois.readInt();
            byte[] bytes = new byte[legth];
            ois.readFully(bytes);
            System.out.println(new String(bytes));
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(oos != null){ 
                    oos.close();
                }
                if(ois!= null){ 
                    ois.close();
                }
                if(serverSocket != null){ 
                    serverSocket.close();
                }
    
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

客户端代码如下所示

@Test
    public void test23(){ 
        Socket client = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        String msgA = "你好服务端A\r\n";
        String msgB = "你好服务端B\r\n";
        try { 
            client = new Socket("localhost",8888);
            oos = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());
            ois = new ObjectInputStream(client.getInputStream());
            oos.writeInt((msgA + msgB).getBytes().length);
            oos.write(msgA.getBytes());
            oos.write(msgB.getBytes());
            oos.flush();
            int length = ois.readInt();
            byte[] bytes = new byte[length];
            ois.readFully(bytes);
            System.out.println(new String(bytes));
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(oos != null){ 
                    oos.close();
                }
                if(ois!= null){ 
                    ois.close();
                }
                if(client != null){ 
                    client.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 1.6 Stream的close()方法造成Socket关闭 ##

如下代码运行会出现SocketException socket is closed

原因如下所示：在关闭获取的流的时候，默认会关闭当前的socket，此时socket已经关闭，再次获取他的输出流就会抛出异常。

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wtESjquo-1603961482653)(images/异常.png)\]

socket获取的输入流为SocketInputStream,其close方法如下  
![在这里插入图片描述][20201029165556774.png_pic_center]  
服务端如下所示

@Test
    public void test1(){ 
        try { 
            int len = 0;
            byte[] bytes = new byte[20];
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器启动");
            Socket client = serverSocket.accept();
            InputStream inputStream = client.getInputStream();
    
            while((len = inputStream.read(bytes)) != -1){ 
                System.out.println(new String(bytes,0,len));
            }
            inputStream.close();
            OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
            client.close();
            serverSocket.close();
            System.out.println("服务器终止");
        }catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    }

客户端代码

@Test
    public void test2(){ 
        try { 
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            System.out.println("客户端启动");
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            outputStream.write("我是中国人".getBytes());
            outputStream.close();
            TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
        }catch (IOException | InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
    
        }
    }

## 1.7 客户端传输图片到服务器 ##

服务端代码

@Test
    public void test3(){ 
        ServerSocket serverSocket = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try { 
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = 0;
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器启动------");
            Socket client = serverSocket.accept();
            InputStream inputStream = client.getInputStream();
            fos = new FileOutputStream("D:\\aa.jpg");
            while((len = inputStream.read(bytes)) != -1){ 
                fos.write(bytes,0,len);
            }
            fos.flush();
            System.out.println("服务器保存文件数据成功------");
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            //关闭流
            try { 
                if(fos != null){ 
                    fos.close();
                }
                if(serverSocket != null){ 
                    serverSocket.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

客户端代码

@Test
    public void test4(){ 
        Socket socket = null;
        FileInputStream fis = null;
        try { 
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = 0;
            socket = new Socket("localhost", 8888);
            System.out.println("连接服务器成功------");
            fis = new FileInputStream("C:\\Users\\dongpo\\Pictures\\Saved Pictures\\1.jpg");
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            while((len = fis.read(bytes)) != -1){ 
                outputStream.write(bytes,0,len);
            }
            outputStream.flush();
            System.out.println("客户端发送图片成功------");
        }catch (IOException e){ 
            e.printStackTrace();
        }finally { 
            try { 
                if(fis != null){ 
                    fis.close();
                }
                if(socket != null){ 
                    socket.close();
                }
            }catch (IOException e){ 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 1.8 TCP三次握手连接过程 ##

什么是TCP的三次握手，如下图所示

各个参数的含义

*  seq:发送数据的序列号
 *  ack:对于seq的确认，假设现在发送了100个字节的数据，如何确认？当ack=101时就代表前100个都收到了，因为101是他期待收到的数据。
 *  SYN:同步标志位：表示要请求连接
 *  ACK:确认标志位

三次握手的分析如下

第一次握手：

> 为什么seq=100？这里只是一个随机值，本来sql在设计的时候就是一个随机值。SYN=1？请求发起连接当然为1

第二次握手

> 为什么ack=101。服务现在想要接受第101个数据，说明我前面的都收到了。这是对客户端发送请求数据的一个确认，
> 
> ACK=1是确认标志位有效

第三次握手

> 为什么进行第三次握手：在第一次握手，服务器收到了这个连接请求并且给出确认。但是服务器并不知道我的确认客户端收没收到
> 
> 如果只有两次握手：第二次的握手客户端没有收到，就会变成我不知道第一次发送的字节他收没收到，我下一次到底是从哪个序列开始发送数据：还是会从100开始发送数据
> 
> 还有一种解释：当客户端发送第一个握手时，网络延时很长时间才到达了服务器端，而在中间时间超时了客户端的连接断开。之后服务器收到了客户端的请求误以为是请求连接的，然后并给出响应和确认，但是客户端已经断开了。如果只有两次握手此时服务器就会傻傻的等待客户端发送数据，殊不知客户端已经断开。
> 
> 当有了三次握手之后：服务给到了客户端确认，当客户端收到了消息，再给服务器确认这样就避免了上面的问题。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDQ2NzI1MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 1.9 服务端与客户端互传对象以及I/O流顺序问题 ##

服务器代码

@Test
    public void test7(){ 
        try { 
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket client = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端连接---"+client.getPort());
            InputStream inputStream = client.getInputStream();
            OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(inputStream);
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(outputStream);
            System.out.println("开始发送数据");
            for(int i = 0; i<5;i++){ 
                User o = (User)ois.readObject();
                System.out.println("服务器 => "+i+"读取的对象"+o);
                User newUser = new User(i, "server" + i);
                oos.writeObject(newUser);
            }
            oos.close();
            ois.close();
            outputStream.close();
            inputStream.close();
            client.close();
            serverSocket.close();
        }catch (IOException | ClassNotFoundException e){ 
            System.out.println("服务器异常");
        }
    }

客户端如下所示

@Test
    public void test8(){ 
        try { 
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(outputStream);
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(inputStream);
            for(int i = 0;i<5;i++){ 
                oos.writeObject(new User(i,"client"));
                //读取服务器发来的对象
                User user = (User)ois.readObject();
                System.out.println("client => "+i+user);
            }
            oos.close();
            ois.close();
            outputStream.close();
            inputStream.close();
            socket.close();
        }catch (IOException | ClassNotFoundException e){ 
            System.out.println("客户端异常");
        }
    }

此时如果将客户端获取输入流和输出流的代码调换位置，就会发生阻塞的情况

**因为服务器端先获取输入流，在获取输出流**

**客户端也是先获取输入流在获取输出流，只要改变两个任意一个顺序就行**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDQ2NzI1MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

[20201029165556774.png_pic_center]: /images/20221120/4f65dc961ba54ebda0b21dcaad76993a.png
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