基於Java Socket的自定義協議，實現Android與服務器的長鏈接（一）

時間 2019-12-08

標籤基於 java socket 自定義協議實現 android 服務器鏈接欄目 Java 简体版

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1、基礎知識準備

在正式給你們介紹自定義協議以前，咱們先對網絡傳輸和協議解析的相關知識點作一個基本的介紹，儘管這些知識點咱們在學校裏學過，但不免會有所遺忘，這裏先作一個簡單的介紹，以便對後文的內容理解更加順暢。java

1. 網絡七層協議

OSI的7層從上到下分別是：7 應用層、 6 表示層、 5 會話層、 4 傳輸層、 3 網絡層、 2 數據鏈路層、 1 物理層；其中高層（即七、六、五、4層）定義了應用程序的功能，下面3層（即三、二、1層）主要面向經過網絡的端到端的數據流。應用層常見的協議有：HTTP、FTP、SMTP等；常見的傳輸層有：TCP、UDP。本文主要是基於TCP自定義協議實現客戶端與服務端的長鏈接。程序員

2. Socket

Socket本質是編程接口(API)，對TCP/IP的封裝，TCP/IP也要提供可供程序員作網絡開發所用的接口，這就是Socket編程接口，一般也稱做"套接字"。套接字之間的鏈接過程能夠分爲三個步驟：客戶端請求，服務端回覆收到，客戶端收到服務端的回覆，即三次握手。鏈接成功時，應用程序兩端都會產生一個Socket實例，操做這個實例完成所需的會話。對於一個網絡鏈接來講，套接字是平等的，並無差異，不由於在服務器端或在客戶端而產生不一樣級別。編程

3. 位（bit）、字節（byte）

「位(bit)」是電子計算機中最小的數據單位。每一位的狀態只能是0或1；「字節(Byte)」由8個二進制位構成（即1byte=8bit），它是存儲空間的基本計量單位，它能表示到數值範圍爲0到255（即2的8次方減1）；數組

4. 算術移位運算（符號位不變，低位補0）

左移運算：1<<2，1的二進制位是1，向左移兩位是100，轉爲十進制數即爲4，因此1<<2的運算結果是4；服務器
右移運算：7>>2，7的二進制位是111，向右移兩位是1，因此7>>2的運算結果是1 。網絡

5. Java中各種型佔字節數

byte      8位，1個字節
boolean   8位，1個字節
char      16位，2個字節
short     16位，2個字節
int       32位，4個字節
float     32位，4個字節
double    64位，8個字節
long      64位，8個字節

6. Java中socket相關函數

Socket構造函數socket
- Socket(InetAddress address, int port)throws UnknownHostException, IOException函數
- Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddress, int localPort)throws IOException.net
- Socket(String host, int port)throws UnknownHostException, IOExceptioncode
- Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort)throws IOException
- 還能夠經過如下方式生成socket：
```
SocketFactory.getDefault().createSocket(String address, String port) throws ConnectException
```
Socket方法
- getInetAddress(); // 遠程服務端的IP地址
- getPort(); // 遠程服務端的端口
- getLocalAddress(); // 本地客戶端的IP地址
- getLocalPort(); // 本地客戶端的端口
- getInputStream(); // 得到輸入流
- getOutStream(); // 得到輸出流
Socket狀態
- isClosed(); // 鏈接是否已關閉，若關閉，返回true；不然返回false
- isConnect(); // 若是曾經鏈接過，返回true；不然返回false
- isBound(); // 若是Socket已經與本地一個端口綁定，返回true；不然返回false
- 判斷Socket的狀態是否處於鏈接中
```
boolean isConnected = socket.isConnected() && !socket.isClosed();   // 判斷當前是否處於鏈接
```
ServerSocket構造函數
- ServerSocket()throws IOException
- ServerSocket(int port)throws IOException
- ServerSocket(int port, int backlog)throws IOException
- ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)throws IOException
服務端接收客戶端的鏈接請求：
```
Socket socket = serverSocket.accept();
```

7. Java中常見流操做類

輸入流
- InputStream
  - 抽象類，描述流的輸入
- ByteArrayInputStream
  - 從字節數組讀取的輸入流
- BufferedInputStream
  - 緩衝輸入流
- FileInputStream
  - 從文件讀入的輸入流
- ObjectInputStream
  - 對象輸入流（所讀寫的對象必須實現Serializable接口）
- DataInputStream
  - 包含了讀取Java標準數據類型的輸入流
輸出流
- OutputStream
  - 抽象類，描述流的輸入
- ByteArrayOutputStream
  - 寫入字節數組的輸出流
- BufferedOutputStream
  - 緩衝輸出流
- FileOutputStream
  - 寫入文件的輸出流
- ObjectOutputStream
  - 對象輸出流（所讀寫的對象必須實現Serializable接口）
- DataOutputStream
  - 包含了寫Java標準數據類型的輸出流

2、一個簡單的socket鏈接例子

注：先運行服務端代碼的main函數，再運行客戶端代碼的main函數，便可看到打印鏈接成功

1. 客戶端

import java.net.Socket;

/**
 * Created by meishan on 16/12/1.
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        boolean isConnected;
        String host = "127.0.0.1";
        int port = 1122;
        Socket socket = null;
        try {
            socket = SocketFactory.getDefault().createSocket(host, port);
            isConnected = true;
            System.out.println("鏈接成功！");
        } catch (ConnectException e) {
            isConnected = false;
            e.printStackTrace();
            System.out.println("鏈接失敗！");
        }

        if (!isConnected) {
            return;
        }

        Thread.sleep(5000);

        socket.close();
        System.out.println("斷開鏈接！");
    }
}

2. 服務端

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * Created by meishan on 16/12/1.
 */
public class Server {

    private int port = 1122;
    private ServerSocket serverSocket;

    public Server() throws Exception {
        serverSocket = new ServerSocket(port, 3);//顯式設置鏈接請求隊列的長度爲3
        System.out.println("服務器啓動!");
    }

    public void service() {
        while (true) {
            Socket socket = null;
            try {
                socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("New connection accepted " + socket.getInetAddress() + ":" + socket.getPort());
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (socket != null) {
                    try {
                        socket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Server server = new Server();
        Thread.sleep(3000);
        server.service();
    }
}

3、一個簡單的自定義協議例子

例子中，數據包的定義：消息對象=包類型+包長度+消息內容

包類型 byte 型
包長度 int 型
消息內容 byte[] 型

1. 客戶端

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Scanner;

/**
 * Created by meishan on 16/12/1.
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket client = new Socket("127.0.0.1", 9091);
            OutputStream out = client.getOutputStream();
            DataOutputStream outs = new DataOutputStream(out);
            while (true) {
                Scanner scaner = new Scanner(System.in);
                genProtocol(outs, scaner.next());
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 構造協議
     *
     * @param out
     * @param msg
     * @throws IOException
     */
    private static void genProtocol(DataOutputStream out, String msg) throws IOException {
        int type = 1;                          //消息類型
        byte[] bytes = msg.getBytes();         //消息內容
        int totalLen = 1 + 4 + bytes.length;   //消息長度

        out.writeByte(type);                   //寫入消息類型
        out.writeInt(totalLen);                //寫入消息長度
        out.write(bytes);                      //寫入消息內容

        out.flush();
    }
}

2. 服務端

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * Created by meishan on 16/12/1.
 */
public class Server {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket server = new ServerSocket(9091);
            while (true) {
                Socket client = server.accept();
                System.out.println("客戶端" + client.getRemoteSocketAddress() + "鏈接成功");
                parseProtocol(client);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 消息解析
     *
     * @param client
     * @throws IOException
     */
    private static void parseProtocol(Socket client) throws IOException {
        InputStream is = client.getInputStream();
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is); //讀取Java標準數據類型的輸入流

        //協議解析
        while (true) {
            byte type = dis.readByte();               //讀取消息類型
            int totalLen = dis.readInt();             //讀取消息長度
            byte[] data = new byte[totalLen - 4 - 1]; //定義存放消息內容的字節數組
            dis.readFully(data);                      //讀取消息內容
            String msg = new String(data);            //消息內容

            System.out.println("接收消息類型" + type);
            System.out.println("接收消息長度" + totalLen);
            System.out.println("發來的內容是:" + msg);
        }
    }
}