【Java】20 基于 TCP 协议的网络编程

￡神魔★判官ぃ 2023-03-13 05:54 18阅读 0赞

> Java 对基于 TCP 协议的网络通信提供了良好的封装，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。

## 1.1 TCP 基础 ##

IP 协议是 Internet 上使用的一个关键协议，它的全称是 Internet Protocol，即 Internet 协议，通常简称 IP 协议。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不同操作系统的网络。要使两台计算机彼此能进行通信，必须使两台计算机使用同一种“语言”，IP 协议只保证计算机能发送和接收分组数据。IP 协议负责将消息从一个主机传送到另一个主机，消息在传送的过程中被分割成一个个的小包。尽管计算机通过安装 IP 软件，保证了计算机之间可以发送和接收数据，但 IP 协议还不能解决数据分组在传输过程中可能出现的问题。  
  因此，若要解决可能出现的问题，连上 Internet 的计算机还需要安装 TCP 协议来提供可靠并且无差错的通信服务。TCP 协议被称作一种端对端协议。这是因为它对两台计算机之间的连接起了重要作用——当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时，TCP 协议会让它们建立一个连接：用于发送和接收数据的虚拟链路。  
  TCP 协议负责收集这些信息包，并将其按适当的次序放好传送，接收端收到后再将其正确地还原。TCP 协议保证了数据包在传送中准确无误。TCP 协议使用重发机制——当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体的确认信息，如果没有收到另一个通信实体的确认信息，则会再次重发刚才发送的信息。通过这种重发机制，TCP 协议向应用程序提供了可靠的通信连接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在 Internet 暂时出现堵塞的情况下，TCP 也能够保证通信的可靠性。  
  虽然 IP 和 TCP 这两个协议的功能不尽相同，也可以分开单独使用，但它们是在同一时期作为一个协议来设计的，并且在功能上也是互补的。只有两者结合起来，才能保证 Internet 在复杂的环境下正常运行。凡是要连接到 Internet 的计算机，都必须同时安装和使用这两个协议，因此在实际中常把这两个协议统称为 TCP/IP 协议。  
  
  
![在这里插入图片描述][20200511233335677.png_pic_center]

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## 1.2 TCP 通信相关类 ##

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序，客户端：`java.net.Socket`类，用于创建`Socket`对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。服务端：`java.net.ServerSocket`类，用于创建`ServerSocket`对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

### 1.2.1 Socket 类 ###

`Socket` 类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

#### 构造方法 ####

`public Socket(String host, int port)` :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的 host 是 null ，则相当于指定地址为回送地址。

> 补充：回送地址(127.x.x.x) 是本机回送地址(Loopback Address)，主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

#### 常用方法 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">方法名</th> 
   <th align="left">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">InputStream getInputStream()</td> 
   <td align="left">返回该 Socket 对象对应的输入流，让程序通过该输入流从 Socket 中取出数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">OutputStream getOutputStream()</td> 
   <td align="left">返回该 Socket 对象对应的输出流，让程序通过该输出流向 Socket 中输出数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">void close()</td> 
   <td align="left">关闭 Socket</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">void shutdownOutput()</td> 
   <td align="left">写结束标记</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">InetAddress getLocalAddress()</td> 
   <td align="left">获取 Socket 绑定的本地地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">InetAddress getInetAddress()</td> 
   <td align="left">返回 Socket 连接的地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">int getPort()</td> 
   <td align="left">返回此 Socket 连接到的远程端口</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 1.2.2 ServerSocket 类 ###

`ServerSocket`类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

#### 构造方法 ####

`public ServerSocket(int port)` ：使用该构造方法在创建 ServerSocket 对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数 port 就是端口号。

#### 常用方法 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">方法名</th> 
   <th align="left">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">Socket accept()</td> 
   <td align="left">接收到客户端 Socket 的连接请求，该方法将返回一个与客户端 Socket 对应的 Socket；否则该方法将一直处于等待状态，线程也被阻塞</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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## 1.3 实现 TCP 通信 ##

### 1.3.1 TCP 通信分析 ###

①【服务端】启动,创建 ServerSocket 对象，等待连接。  
②【客户端】启动,创建 Socket 对象，请求连接。  
③【服务端】接收连接,调用 accept 方法，并返回一个 Socket 对象。  
④【客户端】Socket 对象，获取 OutputStream，向服务端写出数据。  
⑤【服务端】Scoket 对象，获取 InputStream，读取客户端发送的数据。  
⑥【服务端】Socket 对象，获取 OutputStream，向客户端回写数据。  
⑦【客户端】Scoket 对象，获取 InputStream，解析回写数据。  
⑧【客户端】释放资源，断开连接。  
![在这里插入图片描述][20200511232159793.jpg]

### 1.3.2 服务端代码 ###

public class DemoServerSocket { 
        public static void main(String[] args) throws Exception{ 
        	// 使用多线程连接多个客户端
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    try { 
                        method();
                    } catch (Exception e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
     
        public static void method() throws Exception{ 
            // 创建服务器连接
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            // 获取通信对象
            Socket socket = serverSocket.accept();
            // 获取网络输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            // 创建缓冲流
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(inputStream);
     
            // 创建日期格式化对象
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyyMMddHHssmmSS");
     
            // 本地缓冲输出流
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                    new FileOutputStream("src\\com\\" + sdf.format(new Date()) + ".java"));
            // 创建缓冲区
            byte[] bytes = new byte[1024 * 1024];
            // 读取的长度
            int len;
            // 循环读取字节，并写出到服务器
            while ((len = bis.read(bytes)) != -1) { 
                bos.write(bytes,0,len);
            }
     
            // 获取网络输出流
            OutputStream outputStream = accept.getOutputStream();
            // 写回信息
            outputStream.write("上传成功".getBytes());
     
            // 释放资源
            bis.close();
            bos.close();
            accept.close();
        }
    }

### 1.3.3 客户端代码 ###

public class DemoSocket { 
        public static void main(String[] args) throws Exception{ 
            // 创建连接
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
            // 获取网络输出流
            OutputStream socketOutput = socket.getOutputStream();
            // 创建本地缓冲输入流
            BufferedInputStream nativeInput = new BufferedInputStream(new FileInputStream(
                    new File("C:\\Users\\Demo_Null\\Desktop\\socket.java")));
     
            // 创建缓冲数组
            byte[] bytes = new byte[1024 * 1024];
            // 读取的长度
            int len;
            // 循环读取字节并上传到服务器
            while ((len = nativeInput.read(bytes)) != -1) { 
                socketOutput.write(bytes,0,len);
            }
            // 写结束标记
            socket.shutdownOutput();
     
            // 获取网络输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            // 创建缓冲流
            BufferedInputStream b =  new BufferedInputStream(inputStream);
            // 打印服务器写回信息
            while ((len = b.read(bytes)) != -1) { 
                System.out.print(new String(bytes,0,len));
            }
     
            // 释放资源
            socket.close();
        }
    }

> 补充： 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接；客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信，服务端不可以主动连接客户端。

[20200511233335677.png_pic_center]: /images/20230312/251c0caa3c7b48d4b200b0e98ffa8521.png
[20200511232159793.jpg]: /images/20230312/1cbe394d9b1b47fd9b07dde69dceb8d2.png