Java：基於TCP協議網絡socket編程(實現C/S通訊)

目錄

1、前言：TCP原理簡介

2、Socket編程通訊

3、TCP服務器端（具體代碼）

4、TCP客戶端（具體代碼）

5、通訊效果演示

6、「創意」機器人：價值一個億的AI核心代碼（具體代碼）

7、最後

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1、前言：TCP原理簡介

首先，保證文章完整性，TCP的理論原理仍是須要簡介一下，略顯枯燥๑乛◡乛๑。

TCP（傳輸控制協議，Transmission Control Protocol）是一種面向鏈接的、可靠的、基於字節流的傳輸層通訊協議。TCP旨在適應支持多網絡應用的分層協議層次結構。也就是說，TCP是爲了在不可靠的互聯網絡上提供可靠的端到端字節流而專門設計的一個傳輸協議。 鏈接到不一樣但互連的計算機通訊網絡的主計算機中的成對進程之間依靠TCP提供可靠的通訊服務。

以上TCP的特色，也正是與UDP的明顯不一樣之處。UDP（用戶數據報協議）是一種無鏈接的、不可靠的、不以字節流傳輸通訊協議。具體區別可對比以前這篇文章：

【基於UDP協議網絡Socket編程(java實現C/S通訊案例) 】 [https://www.cnblogs.com/chenzhenhong/p/13825286.html]

接着，「三次握手」則是衆所周知的一個詞，是創建TCP鏈接的重要過程。許多文章有詳細解讀，本篇則是詳細記錄在此原理之上，使用Java實現TCP的Socket網絡通訊，包含C/S軟件架構的程序設計，偏向實踐，更加有趣！

2、Socket編程通訊

本篇使用Java進行Socket編程，Java的TCP/IP套接字編程將底層的細節進行了封裝，其編程模型如圖：

咱們自頂向下觀察，基於TCP的通訊，必然有服務端Server和客戶端Client。

首先，創建鏈接。兩端分別有一個套接字Socket，用於二者之間的通訊。客戶端向服務器發送請求，建立socket進行鏈接。服務端則隨時監聽客戶端發起的請求，接收並建立裂解Socket。

其次，開始通訊。服務和客戶兩端的輸入輸出流互相通訊。邏輯上可理解爲通訊進程的雙方具備兩個流（輸出流和輸入流）。邏輯上可將兩個流理解爲兩個通訊管道的全雙工通訊模式，一個用於向對方發送數據，另外一個用於接收對方的數據。

最後，結束通訊。客戶端訪問服務器結束，斷開鏈接，關閉Socket和相關資源（輸入輸出流等）。服務端監聽客戶端狀態，同時關閉Socket等鏈接。

創建通訊規則：

Server和Client之間須要約定相同的規則，保證正常通訊。以後的程序設計，咱們約定：

1. 客戶端鏈接服務器，鏈接成功後，服務器首先給客戶端發送一條歡迎信息；

2. 客戶端程序每發送一條信息給服務器，服務器接收並回送該信息到客戶端，客戶端接收並顯示該信息；

3. 當客戶端發送"bye"，則結束對話。

3、TCP服務器端（具體代碼）

第一步，建立服務端套接字。

類成員變量：ServerSocket serverSocket，監聽端口號port；

    private int port =8008;//服務器監聽窗口
    private ServerSocket serverSocket;//定義服務器套接字
 
    public TCPServer() throws IOException{
        serverSocket =new ServerSocket(port);
        System.out.println("服務器啓動監聽在"+port+"端口...");
 
    }

第二步，定義輸入輸出流方法：

    private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException{
        //得到輸出流緩衝區的地址
        OutputStream socketOut=socket.getOutputStream();
        //網絡流寫出須要使用flush，這裏在printWriter構造方法直接設置爲自動flush
        return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socketOut,"utf-8"),true);
    }
 
    private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException{
        //得到輸入流緩衝區的地址
        InputStream socketIn=socket.getInputStream();
        return new BufferedReader(new InputStreamReader(socketIn,"utf-8"));
    }

第三步，服務端核心：

//單客戶版本，每次只能與一個用戶創建通訊鏈接
public void Service(){
    while (true){
        Socket socket=null;
        try {
            //此處程序阻塞，監聽並等待用戶發起鏈接，有鏈接請求就生成一個套接字
            socket=serverSocket.accept();
 
            //本地服務器控制檯顯示客戶鏈接的用戶信息
            System.out.println("New connection accepted:"+socket.getInetAddress());
            BufferedReader br=getReader(socket);//字符串輸入流
            PrintWriter pw=getWriter(socket);//字符串輸出流
            pw.println("來自服務器消息：歡迎使用本服務！");
 
            String msg=null;
            //此處程序阻塞，每次從輸入流中讀入一行字符串
            while ((msg=br.readLine())!=null){
                //若是用戶發送信息爲」bye「，就結束通訊
                if(msg.equals("bye")){
                    pw.println("來自服務器消息：服務器斷開鏈接，結束服務！");
                    System.out.println("客戶端離開。");
                    break;
                }
                pw.println("來自服務器消息："+msg);
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                if (socket!=null)
                    socket.close();//關閉socket鏈接以及相關的輸入輸出流
            }catch (IOException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

 

代碼關鍵解析很清楚易懂。能夠看到，服務端提供服務放到了一個While(true)裏面，這是由於服務器程序須要一直運行，因此處理代碼通常放在while(true)這種無限循環中，TCPServer運行一次，且自身不能終止運行，要終止它運行，只能經過強制方式（如在IDE環境強制關閉）。

4、TCP客戶端（具體代碼）

第一步，建立客戶端套接字，定義類構造方法，實現輸入輸出流。

    private Socket socket;
 
    private PrintWriter pw;
    private BufferedReader br;
 
    public TCPClient(String ip, String port) throws IOException{
        //主動向服務器發起鏈接，實現TCP三次握手
        //不成功則拋出錯誤，由調用者處理錯誤
        socket =new Socket(ip,Integer.parseInt(port));
 
        //獲得網絡流輸出字節流地址，並封裝成網絡輸出字符流
        OutputStream socketOut=socket.getOutputStream();
        //參數true表示自動flush數據
        pw=new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socketOut,"utf-8"),true);
 
        //獲得網絡輸入字節流地址，並封裝成網絡輸入字符流
        InputStream socketIn=socket.getInputStream();
        br=new BufferedReader(new InputStreamReader(socketIn,"utf-8"));
 
    }

第二步，實現網絡通訊發送和接收方法。

    public void send(String msg){
        //輸出字符流，由socket調用系統底層函數，經網卡發送字節流
        pw.println(msg);
    }
 
    public String receive(){
        String msg=null;
        try {
            //從網絡輸入字符流中讀取信息，每次只能接受一行信息
            //不夠一行時（無行結束符），該語句阻塞
            //直到條件知足，程序往下運行
            msg=br.readLine();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return msg;
    }

第三步，定義網絡鏈接關閉方法供外部調用。

    public void close(){
        try {
            if (socket!=null)
                socket.close();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

TCP鏈接的釋放也有「四次握手」一說，必須通過2MSL後才真正釋放。具體過程以下圖：

5、通訊效果演示

GIF動圖演示：

6、「創意」機器人：價值一個億的AI核心代碼（具體代碼）

這部分咱們要實現「聊天機器人」，效果這樣：

是否是火燒眉毛想知道如何實現呢！堪稱「價值一個億的AI核心代碼」！！？？

就這樣實現了！

 不賣關子了，就一行代碼！

msg=msg.replace("?","!").replace("？","!").replace("嗎","").replace("嗎？","");

具體想實現機器人如何回覆能夠自行調整代碼。

7、最後

　　本篇則是詳細記錄在此原理之上，使用Java實現TCP的Socket網絡通訊，包含C/S軟件架構的程序設計，偏向實踐，更加有趣！仔細閱讀的朋友能夠發現，在服務器端核心部分，有一行註釋說明了該程序只支持單用戶，也就是單線程通訊，能夠嘗試一下，若是再開一個客戶端鏈接該服務，是否由於單線程阻塞程序卡住了。

這個問題關鍵就在於：服務器和客戶端互相約定通訊規則，不然就可能有問題，例如，若是服務器在一個客戶端鏈接成功後，並無一條信息發送給客戶端，客戶端的讀取歡迎信息的語句沒法讀取到內容，就被阻塞住，因爲是單線程，甚至整個程序都會被卡住。要解決這個問題，等待更新下一篇！

另外，UI界面的設計可參考上一篇博客：【基於UDP協議網絡Socket編程(java實現C/S通訊案例) 】 [https://www.cnblogs.com/chenzhenhong/p/13825286.html]

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個人博客園：https://www.cnblogs.com/chenzhenhong/p/13885290.html

個人CSDN博客：https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109260488

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