Java网络socket编程详解
或许有点长
但是一步步教你
我想你也愿意看
7.2 面向套接字编程
我们已经通过了解Socket的接口，知其所以然，下面我们就将通过具体的案例，来熟悉Socket 的具体工作方式
7.2.1使用套接字实现基于TCP协议的服务器和客户机程序
依据TCP协议，在C/S架构的通讯过程中，客户端和服务器的Socket动作如下：
客户端：
1.用服务器的IP地址和端口号实例化Socket对象。
2.调用connect方法，连接到服务器上。
3.将发送到服务器的IO流填充到IO对象里，比如BufferedReader/PrintWriter。
4.利用Socket提供的getInputStream和getOutputStream方法，通过IO流对象，向服务器发送数据流。
5. 通讯完成后，关闭打开的IO对象和Socket。
服务器：
1. 在服务器，用一个端口来实例化一个ServerSocket对象。此时，服务器就可以这个端口时刻监听从客户端发来的连接请求。
2.调用ServerSocket的accept方法，开始监听连接从端口上发来的连接请求。
3.利用accept方法返回的客户端的Socket对象，进行读写IO的操作
通讯完成后，关闭打开的流和Socket对象。
7.2.1.1 开发客户端代码
根据上面描述的通讯流程，我们可以按如下的步骤设计服务器端的代码。
第一步，依次点击Eclipse环境里的“文件”|“新建”|“项目”选项，进入“新建项目”的向导对话框，在其中选中“Java项目”，点击“下一步”按钮，在随后弹出的对话框里，在其中的“项目名”一栏里，输入项目名“TCPSocket”，其它的选项目
选择系统默认值，再按“完成”按钮，结束创建Java项目的动作。
第二步，完成创建项目后，选中集成开发环境左侧的项目名“TCPSocket”，点击右键，在随后弹出的菜单里依次选择“新建”!“类”的选项，创建服务器类的代码。
在随后弹出的“新建Java类”的对话框里，输入包名“tcp”，输入文件名“ServerCode”，请注意大小写，在“修饰符”里选中“公用”，在“想要创建哪些方法存根”下，选中“public static void main(String[] args )”单选框，同时把其它两项目取消掉，再按“完成”按钮，可以生成代码。
第三步，在生成的代码里，编写引入Java包的代码，只有当我们引入这些包后，我们才能调用这些包里提供的IO和Socket类的方法。
package tcp;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.ServerSocket;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.Socket;
第四步，编写服务器端的主体代码，如下所示。
public class ServerCode
{
// 设置端口号
public static int portNo = 3333;
public static void main(String[] args) throws IOException
{
ServerSocket s = new ServerSocket(portNo);
System.out.println("The Server is start: " + s);
// 阻塞,直到有客户端连接
Socket socket = s.accept();
try
{
System.out.println("Accept the Client: " + socket);
//设置IO句柄
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket
.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(
new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
while (true)
{
String str = in.readLine();
if (str.equals("byebye"))
{
break;
}
System.out.println("In Server reveived the info: " + str);
out.println(str);
}
}
finally
{
System.out.println("close the Server socket and the io.");
socket.close();
s.close();
}
}
}
这段代码的主要业务逻辑是：
1. 在上述代码里的main函数前，我们设置了通讯所用到的端口号，为3333。
2. 在main函数里，根据给定3333端口号，初始化一个ServerSocket对象s，该对象用来承担服务器端监听连接和提供通讯服务的功能。
3. 调用ServerSocket对象的accept方法，监听从客户端的连接请求。当完成调用accept方法后，整段服务器端代码将回阻塞在这里，直到客户端发来connect请求。
4. 当客户端发来connect请求，或是通过构造函数直接把客户端的Socket对象连接到服务器端后，阻塞于此的代码将会继续运行。此时服务器端将会根据accept方法的执行结果，用一个Socket对象来描述客户端的连接句柄。
5. 创建两个名为in和out的对象，用来传输和接收通讯时的数据流。
6. 创建一个while(true)的死循环，在这个循环里，通过in.readLine()方法，读取从客户端发送来的IO流（字符串），并打印出来。如果读到的字符串是“byebye”，那么退出while循环。
7. 在try…catch…finally语句段里，不论在try语句段里是否发生异常，并且不论这些异常的种类，finally从句都将会被执行到。在finally从句里，将关闭描述客户端的连接句柄socket对象和ServerSocket类型的s对象。
7.2.1.2 开发客户端代码
我们可以按以下的步骤，开发客户端的代码。
第一，在TCPSocket项目下的tcp包下，创建一个名为ClientCode.java的文件。在其中编写引入Java包的代码，如下所示：
package tcp;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.InetAddress;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.Socket;
第二，编写客户端的主体代码，如下所示：
public class ClientCode
{
static String clientName = "Mike";
//端口号
public static int portNo = 3333;
public static void main(String[] args) throws IOException
{
// 设置连接地址类,连接本地
InetAddress addr = InetAddress.getByName("localhost");
//要对应服务器端的3333端口号
Socket socket = new Socket(addr, portNo);
try
{
System.out.println("socket = " + socket);
// 设置IO句柄
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket
.getInputStream()));
PrintWrite out = new PrintWriter(BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
out.println("Hello Server,I am " + clientName);
String str = in.readLine();
System.out.println(str);
out.println("byebye");
}
finally
{
System.out.println("close the Client socket and the io.");
socket.close();
}
}
}
上述客户端代码的主要业务逻辑是：
1. 同样定义了通讯端口号，这里给出的端口号必须要和服务器端的一致。
2. 在main函数里，根据地址信息“localhost”，创建一个InetAddress类型的对象addr。这里，因为我们把客户端和服务器端的代码都放在本机运行，所以同样可以用“127.0.0.1”字符串，来创建InetAddress对象。
3. 根据addr和端口号信息，创建一个Socket类型对象，该对象用来同服务器端的ServerSocket类型对象交互，共同完成C/S通讯流程。
4. 同样地创建in和out两类IO句柄，用来向服务器端发送和接收数据流。
5. 通过out对象，向服务器端发送"Hello Server,I am …"的字符串。发送后，同样可以用in句柄，接收从服务器端的消息。
6. 利用out对象，发送”byebye”字符串，用以告之服务器端，本次通讯结束。
7. 在finally从句里，关闭Socket对象，断开同服务器端的连接。
7.2.1.3 运行效果演示
在上述两部分里，我们分别讲述了C/S通讯过程中服务器端和客户端代码的业务逻辑，下面我们将在集成开发环境里，演示这里通讯流程。
第一步，选中ServerCode.java代码，在eclipse的“运行”菜单里，选中“运行方式”|“1 Java 应用程序”的菜单，开启服务器端的程序。
开启服务端程序后，会在eclipse环境下方的控制台里显示如下的内容：
The Server is start: ServerSocket[addr=0.0.0.0/0.0.0.0,port=0,localport=3333]
在这里，由于ServerSocket对象并没监听到客户端的请求，所以addr和后面的port值都是初始值。
第二步，按同样的方法，打开ClientCode.java程序，启动客户端。启动以后，将在客户端的控制台里看到如下的信息：
socket = Socket[addr=localhost/127.0.0.1,port=3333,localport=1326]
Hello Server,I am Mike
close the Client socket and the io.
从中可以看到，在第一行里，显示客户端Socket对象连接的IP地址和端口号，在第二行里，可以到到客户端向服务器端发送的字符串，而在第三行里，可以看到通讯结束后，客户端关闭连接Socket和IO对象的提示语句。
第三步，在eclipse下方的控制台里，切换到ServerCode服务端的控制台提示信息里，我们可以看到服务器端在接收到客户端连接请求后的响应信息。
响应的信息如下所示：
The Server is start: ServerSocket[addr=0.0.0.0/0.0.0.0,port=0,localport=3333]
Accept the Client: Socket[addr=/127.0.0.1,port=1327,localport=3333]
In Server reveived the info: Hello Server,I am Mike
close the Server socket and the io.
其中，第一行是启动服务器程序后显示的信息。在第二行里，显示从客户端发送的连接请求的各项参数。在第三行里，显示了从客户端发送过来的字符串。在第四行里，显示了关闭服务器端ServerSocket和IO对象的提示信息。从中我们可以看出在服务器端里accept阻塞和继续运行的这个过程。
通过上述的操作，我们可以详细地观察到C/S通讯的全部流程，请大家务必要注意：一定要先开启服务器端的程序再开启客户端，如果这个步骤做反的话，客户端程序会应找不到服务器端而报异常。
7.2.2使用套接字连接多个客户机
在7.1的代码里，客户端和服务器之间只有一个通讯线程，所以它们之间只有一条Socket 信道。
如果我们在通过程序里引入多线程的机制，可让一个服务器端同时监听并接收多个客户端的请求，并同步地为它们提供通讯服务。
基于多线程的通讯方式，将大大地提高服务器端的利用效率，并能使服务器端能具备完善的服务功能。
7.2.2.1 开发客户端代码
我们可以按以下的步骤开发基于多线程的服务器端的代码。
第一步，在3.2里创建的“TCPSocket”项目里，新建一个名为ThreadServer.java的代码文件，创建文件的方式大家可以参照3.2部分的描述。首先编写package和import部分的代码，用来打包和引入包文件，如下所示：
package tcp;
import java.io.*;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.*;
第二步，由于我们在服务器端引入线程机制，所以我们要编写线程代码的主体执行类ServerThreadCode，这个类的代码如下所示：
class ServerThreadCode extends Thread
{
//客户端的socket
private Socket clientSocket;
//IO句柄
private BufferedReader sin;
private PrintWriter sout;
//默认的构造函数
public ServerThreadCode()
{}
public ServerThreadCode(Socket s) throws IOException
{
clientSocket = s;
//初始化sin和sout的句柄
sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket
.getInputStream()));
sout = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
clientSocket.getOutputStream())), true);
//开启线程
start();
}
//线程执行的主体函数
public void run()
{
try
{
//用循环来监听通讯内容
for(;;)
{
String str = sin.readLine();
//如果接收到的是byebye，退出本次通讯
if (str.equals("byebye"))
{
break;
}
System.out.println("In Server reveived the info: " + str);
sout.println(str);
}
System.out.println("closing the server socket!");
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
finally
{
System.out.println("close the Server socket and the io.");
try
{
clientSocket.close();
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
}
这个类的业务逻辑说明如下：
1. 这个类通过继承Thread类来实现线程的功能，也就是说，在其中的run方法里，定义了该线程启动后要执行的业务动作。
2. 这个类提供了两种类型的重载函数。在参数类型为Socket的构造函数里，通过参数，初始化了本类里的Socket对象，同时实例化了两类IO对象。在此基础上，通过start 方法，启动定义在run方法内的本线程的业务逻辑。
3. 在定义线程主体动作的run方法里，通过一个for(;;)类型的循环，根据IO句柄，读取从Socket信道上传输过来的客户端发送的通讯信息。如果得到的信息为“byebye”，则表明本次通讯结束，退出for循环。
4. catch从句将处理在try语句里遇到的IO错误等异常，而在finally从句里，将在通讯结束后关闭客户端的Socket句柄。
上述的线程主体代码将会在ThreadServer类里被调用。
第三步，编写服务器端的主体类ThreadServer，代码如下所示：
public class ThreadServer
{
//端口号
static final int portNo = 3333;
public static void main(String[] args) throws IOException
{
//服务器端的socket
ServerSocket s = new ServerSocket(portNo);
System.out.println("The Server is start: " + s);
try
{
for(;;)
{
//阻塞,直到有客户端连接
Socket socket = s.accept();
//通过构造函数，启动线程
new ServerThreadCode(socket);
}
}
finally
{
s.close();
}
}
}
这段代码的主要业务逻辑说明如下：
1. 首先定义了通讯所用的端口号，为3333。
2. 在main函数里，根据端口号，创建一个ServerSocket类型的服务器端的Socket，用来同客户端通讯。
3. 在for(;;)的循环里，调用accept方法，监听从客户端请求过来的socket，请注意这里又是一个阻塞。当客户端有请求过来时，将通过ServerThreadCode的构造函数，创建一个线程类，用来接收客户端发送来的字符串。在这里我们可以再一次观察ServerThreadCode 类，在其中，这个类通过构造函数里的start方法，开启run方法，而在run方法里，是通过sin对象来接收字符串，通过sout对象来输出。
4. 在finally从句里，关闭服务器端的Socket，从而结束本次通讯。
7.2.2.2 开发客户端代码
我们可以按以下的步骤，编写的基于多线程的客户端代码。
第一步，在“TCPSocket”项目里，新建一个名为ThreadClient.java的代码文件。同样是编写package和import部分的代码，用来打包和引入包文件，如下所示：
package tcp;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.*;
import java.io.*;
第二步，编写线程执行主体的ClientThreadCode类，同样，这个类通过继承Thread来实现线程的功能。
class ClientThreadCode extends Thread
{
//客户端的socket
private Socket socket;
//线程统计数，用来给线程编号
private static int cnt = 0;
private int clientId = cnt++;
private BufferedReader in;
private PrintWriter out;
//构造函数
public ClientThreadCode(InetAddress addr)
{
try
{
socket = new Socket(addr, 3333);
}
catch(IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
//实例化IO对象
try
{
in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(
new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
//开启线程
start();
}
catch(IOException e)
{
//出现异常，关闭socket
try
{
socket.close();
}
catch(IOException e2)
{
e2.printStackTrace();
}
}
}
//线程主体方法
public void run()
{
try
{
out.println("Hello Server,My id is " + clientId );
String str = in.readLine();
System.out.println(str);
out.println("byebye");
}
catch(IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
finally
{
try
{
socket.close();
}
catch(IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
}
这个类的主要业务逻辑是：
1. 在构造函数里，通过参数类型为InetAddress类型参数和3333，初始化了本类里的Socket对象，随后实例化了两类IO对象，并通过start方法，启动定义在run方法内的本线程的业务逻辑。
2. 在定义线程主体动作的run方法里，通过IO句柄，向Socket信道上传输本客户端的ID号，发送完毕后，传输”byebye”字符串，向服务器端表示本线程的通讯结束。
3. 同样地，catch从句将处理在try语句里遇到的IO错误等异常，而在finally从句里，将在通讯结束后关闭客户端的Socket句柄。
第三步，编写客户端的主体代码，在这段代码里，将通过for循环，根据指定的待创建的线程数量，通过ClientThreadCode的构造函数，创建若干个客户端线程，同步地和服务器端通讯。
public class ThreadClient
{
public static void main(String[] args)
throws IOException, InterruptedException
{
int threadNo = 0;
InetAddress addr =
InetAddress.getByName("localhost");
for(threadNo = 0;threadNo<3;threadNo++)
{
new ClientThreadCode(addr);
}
}
}
这段代码执行以后，在客户端将会有3个通讯线程，每个线程首先将先向服务器端发送"Hello Server,My id is "的字符串，然后发送”byebye”，终止该线程的通讯。
7.2.2.3 运行效果演示
接下来，我们来观察一下基于多线程的C/S架构的运行效果。
第一步，我们先要启动服务器端的ThreadServer代码，启动后，在控制台里会出现如下的提示信息：
The Server is start: ServerSocket[addr=0.0.0.0/0.0.0.0,port=0,localport=3333]
上述的提示信息里，我们同样可以看到，服务器在开启服务后，会阻塞在accept这里，直到有客户端请求过来。
第二步，我们在启动完服务器后，运行客户端的ThreadClient.java代码，运行后，我们观察服务器端的控制台，会出现如下的信息：
The Server is start: ServerSocket[addr=0.0.0.0/0.0.0.0,port=0,localport=3333]
In Server reveived the info: Hello Server,My id is 0
In Server reveived the info: Hello Server,My id is 1
In Server reveived the info: Hello Server,My id is 2
closing the server socket!
close the Server socket and the io.
closing the server socket!
close the Server socket and the io.
closing the server socket!
close the Server socket and the io.
其中，第一行是原来就有，在后面的几行里，首先将会输出了从客户端过来的线程请求信息，比如
In Server reveived the info: Hello Server,My id is 0
接下来则会显示关闭Server端的IO和Socket的提示信息。
这里，请大家注意，由于线程运行的不确定性，从第二行开始的打印输出语句的次序是不确定的。但是，不论输出语句的次序如何变化，我们都可以从中看到，客户端有三个线程请求过来，并且，服务器端在处理完请求后，会关闭Socker和IO。
第三步，当我们运行完ThreadClient.java的代码后，并切换到ThreadClient.java的控制台，我们可以看到如下的输出：
Hello Server,My id is 0
Hello Server,My id is 2
Hello Server,My id is 1
这说明在客户端开启了3个线程，并利用这3个线程，向服务器端发送字符串。
而在服务器端，用accept方法分别监听到了这3个线程，并与之对应地也开了3个线程与之通讯。
7.2.3 UDP协议与传输数据报文
UDP协议一般应用在“群发信息”的场合，所以它更可以利用多线程的机制，实现多信息的同步发送。
为了改善代码的架构，我们更可以把一些业务逻辑的动作抽象成方法，并封装成类，这样，基于UDP功能的类就可以在其它应用项目里被轻易地重用。
7.2.3.1 开发客户端代码
如果我们把客户端的所有代码都写在一个文件中，那么代码的功能很有可能都聚集在一个方法力，代码的可维护性将会变得很差。
所以我们专门设计了ClientBean类，在其中封装了客户端通讯的一些功能方法，在此基础上，通过UDPClient.java文件，实现UDP客户端的功能。
另外，在这里以及以后的代码里，我们不再详细讲述用Eclipse开发和运行Java程序的方法，而是重点讲述Java代码的业务逻辑和主要工作流程。
首先，我们可以按如下的步骤，设计ClientBean这个类。通过import语句，引入所用到的类库，代码如下所示。
import java.io.IOException;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.DatagramPacket;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.DatagramSocket;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.InetAddress;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.SocketException;
import https://www.wendangku.net/doc/9a13944162.html,.UnknownHostException;
第二，定义ClientBean所用到的变量，并给出针对这些变量操作的get和set类型的方法，代码如下所示。
//描述UDP通讯的DatagramSocket对象
private DatagramSocket ds;
//用来封装通讯字符串
private byte buffer[];
//客户端的端口号
private int clientport ;
//服务器端的端口号
private int serverport;
//通讯内容
private String content;
//描述通讯地址
private InetAddress ia;
//以下是各属性的Get和Set类型方法
public byte[] getBuffer()
{
return buffer;
}