Java编程那些事儿103——网络编程技术2

13.2.3 TCP编程
按照前面的介绍，网络通讯的方式有TCP和UDP两种，其中TCP方式的网络通讯是指在通讯的过程中保持连接，有点类似于打电话，只需要拨打一次号码(建立一次网络连接)，就可以多次通话(多次传输数据)。这样方式在实际的网络编程中，由于传输可靠，类似于打电话，如果甲给乙打电话，乙说没有听清楚让甲重复一遍，直到乙听清楚为止，实际的网络传输也是这样，如果发送的一方发送的数据接收方觉得有问题，则网络底层会自动要求发送方重发，直到接收方收到为止。

在Java语言中，对于TCP方式的网络编程提供了良好的支持，在实际实现时，以java.net.Socket类代表客户端连接，以java.net.ServerSocket类代表服务器端连接。在进行网络编程时，底层网络通讯的细节已经实现了比较高的封装，所以在程序员实际编程时，只需要指定IP地址和端口号码就可以建立连接了。正是由于这种高度的封装，一方面简化了Java语言网络编程的难度，另外也使得使用Java语言进行网络编程时无法深入到网络的底层，所以使用Java语言进行网络底层系统编程很困难，具体点说，Java语言无法实现底层的网络嗅探以及获得IP包结构等信息。但是由于Java语言的网络编程比较简单，所以还是获得了广泛的使用。

在使用TCP方式进行网络编程时，需要按照前面介绍的网络编程的步骤进行，下面分别介绍一下在Java语言中客户端和服务器端的实现步骤。

在客户端网络编程中，首先需要建立连接，在Java API中以java.net.Socket类的对象代表网络连接，所以建立客户端网络连接，也就是创建Socket类型的对象，该对象代表网络连接，示例如下：

Socket socket1 = new Socket(“192.168.1.103”,10000);

Socket socket2 = new Socket(“www.sohu.com”,80);

上面的代码中，socket1实现的是连接到IP地址是192.168.1.103的计算机的10000号端口，而socket2实现的是连接到域名是www.sohu.com的计算机的80号端口，至于底层网络如何实现建立连接，对于程序员来说是完全透明的。如果建立连接时，本机网络不通，或服务器端程序未开启，则会抛出异常。

连接一旦建立，则完成了客户端编程的第一步，紧接着的步骤就是按照“请求-响应”模型进行网络数据交换，在Java语言中，数据传输功能由Java IO实现，也就是说只需要从连接中获得输入流和输出流即可，然后将需要发送的数据写入连接对象的输出流中，在发送完成以后从输入流中读取数据即可。示例代码如下：

OutputStream os = socket1.getOutputStream(); //获得输出流

InputStream is = socket1.getInputStream(); //获得输入流

上面的代码中，分别从socket1这个连接对象获得了输出流和输入流对象，在整个网络编程中，后续的数据交换就变成了IO操作，也就是遵循“请求-响应”模型的规定，先向输出流中写入数据，这些数据会被系统发送出去，然后在从输入流中读取服务器端的反馈信息，这样就完成了一次数据交换过程，当然这个数据交换过程可以多次进行。

这里获得的只是最基本的输出流和输入流对象，还可以根据前面学习到的IO知识，使用流的嵌套将这些获得到的基本流对象转换成需要的装饰流对象，从而方便数据的操作。

最后当数据交换完成以后，关闭网络连接，释放网络连接占用的系统端口和内存等资源，完成网络操作，示例代码如下：

socket1.close();

这就是最基本的网络编程功能介绍。下面是一个简单的网络客户端程序示例，该程序的作用是向服务器端发送一个字符串“Hello”，并将服务器端的反馈显示到控制台，数据交换只进行一次，当数据交换进行完成以后关闭网络连接，程序结束。实现的代码如下：

package tcp;

import java.io.*;

import java.net.*;

/**

* 简单的Socket客户端

* 功能为：发送字符串“Hello”到服务器端，并打印出服务器端的反馈

*/

public class SimpleSocketClient {

public static void main(String[] args) {

Socket socket = null;

InputStream is = null;

OutputStream os = null;

//服务器端IP地址

String serverIP = "127.0.0.1";

//服务器端端口号

int port = 10000;

//发送内容

String data = "Hello";

try {

//建立连接

socket = new Socket(serverIP,port);

//发送数据

os = socket.getOutputStream();

os.write(data.getBytes());

//接收数据

is = socket.getInputStream();

byte[] b = new byte[1024];

int n = is.read(b);

//输出反馈数据

System.out.println("服务器反馈：" + new String(b,0,n));

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace(); //打印异常信息

}finally{

try {

//关闭流和连接

is.close();

os.close();

socket.close();

} catch (Exception e2) {}

}

}

}

在该示例代码中建立了一个连接到IP地址为127.0.0.1，端口号码为10000的TCP类型的网络连接，然后获得连接的输出流对象，将需要发送的字符串“Hello”转换为byte数组写入到输出流中，由系统自动完成将输出流中的数据发送出去，如果需要强制发送，可以调用输出流对象中的flush方法实现。在数据发送出去以后，从连接对象的输入流中读取服务器端的反馈信息，读取时可以使用IO中的各种读取方法进行读取，这里使用最简单的方法进行读取，从输入流中读取到的内容就是服务器端的反馈，并将读取到的内容在客户端的控制台进行输出，最后依次关闭打开的流对象和网络连接对象。

这是一个简单的功能示例，在该示例中演示了TCP类型的网络客户端基本方法的使用，该代码只起演示目的，还无法达到实用的级别。

如果需要在控制台下面编译和运行该代码，需要首先在控制台下切换到源代码所在的目录，然后依次输入编译和运行命令：

javac –d . SimpleSocketClient.java

java tcp.SimpleSocketClient

和下面将要介绍的SimpleSocketServer服务器端组合运行时，程序的输出结果为：

服务器反馈：Hello

介绍完一个简单的客户端编程的示例，下面接着介绍一下TCP类型的服务器端的编写。首先需要说明的是，客户端的步骤和服务器端的编写步骤不同，所以在学习服务器端编程时注意不要和客户端混淆起来。

在服务器端程序编程中，由于服务器端实现的是被动等待连接，所以服务器端编程的第一个步骤是监听端口，也就是监听是否有客户端连接到达。实现服务器端监听的代码为：

ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

该代码实现的功能是监听当前计算机的10000号端口，如果在执行该代码时，10000号端口已经被别的程序占用，那么将抛出异常。否则将实现监听。

服务器端编程的第二个步骤是获得连接。该步骤的作用是当有客户端连接到达时，建立一个和客户端连接对应的Socket连接对象，从而释放客户端连接对于服务器端端口的占用。实现功能就像公司的前台一样，当一个客户到达公司时，会告诉前台我找某某某，然后前台就通知某某某，然后就可以继续接待其它客户了。通过获得连接，使得客户端的连接在服务器端获得了保持，另外使得服务器端的端口释放出来，可以继续等待其它的客户端连接。实现获得连接的代码是：

Socket socket = ss.accept();

该代码实现的功能是获得当前连接到服务器端的客户端连接。需要说明的是accept和前面IO部分介绍的read方法一样，都是一个阻塞方法，也就是当无连接时，该方法将阻塞程序的执行，直到连接到达时才执行该行代码。另外获得到的连接将使用服务器端其它未使用的端口号和客户端进行连接，使得服务器端端口不会被一直占用。由于每个获得的连接都会占用服务器端的一个端口号，这样使用TCP类型的网络进行编程时，同时可以支持的最大连接数量受到端口数量的限制，最大为65535个。

连接获得以后，后续的编程就和客户端的网络编程类似了，这里获得的Socket类型的连接就和客户端的网络连接一样了，只是服务器端需要首先读取发送过来的数据，然后进行逻辑处理以后再发送给客户端，也就是交换数据的顺序和客户端交换数据的步骤刚好相反。这部分的内容和客户端很类似，所以就不重复了，如果还不熟悉，可以参看下面的示例代码。

最后，在服务器端通信完成以后，关闭服务器端连接。实现的代码为：

ss.close();

这就是基本的TCP类型的服务器端编程步骤。下面以一个简单的echo服务实现为例子，介绍综合使用示例。echo的意思就是“回声”，echo服务器端实现的功能就是将客户端发送的内容再原封不动的反馈给客户端。实现的代码如下：

package tcp;

import java.io.*;

import java.net.*;

/**

* echo服务器

* 功能：将客户端发送的内容反馈给客户端

*/

public class SimpleSocketServer {

public static void main(String[] args) {

ServerSocket serverSocket = null;

Socket socket = null;

OutputStream os = null;

InputStream is = null;

//监听端口号

int port = 10000;

try {

//建立连接

serverSocket = new ServerSocket(port);

//获得连接

socket = serverSocket.accept();

//接收客户端发送内容

is = socket.getInputStream();

byte[] b = new byte[1024];

int n = is.read(b);

//输出

System.out.println("客户端发送内容为：" + new String(b,0,n));

//向客户端发送反馈内容

os = socket.getOutputStream();

os.write(b, 0, n);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}finally{

try{

//关闭流和连接

os.close();

is.close();

socket.close();

serverSocket.close();

}catch(Exception e){}

}

}

}

在该示例代码中建立了一个监听当前计算机10000号端口的服务器端Socket连接，然后获得客户端发送过来的连接，如果有连接到达时，读取连接中发送过来的内容，并将发送的内容在控制台进行输出，输出完成以后将客户端发送的内容再反馈给客户端。最后关闭流和连接对象，结束程序。

在控制台下面编译和运行该程序的命令和客户端部分的类似。

这样，就以一个很简单的示例演示了TCP类型的网络编程在Java语言中的基本实现，这个示例只是演示了网络编程的基本步骤以及各个功能方法的基本使用，只是为网络编程打下了一个基础，下面将就几个问题来深入介绍网络编程深层次的一些知识。