按部就班Socket網絡編程（多客戶端、信息共享、文件傳輸）

時間  2019-11-09
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按部就班Socket網絡編程（多客戶端、信息共享、文件傳輸）java

 

　　前言：在最近一個即將結束的項目中使用到了Socket編程，用於調用另外一系統進行處理並返回數據。故把Socket的基礎知識總結梳理一遍。編程

一、TCP/IP協議緩存

　　既然是網絡編程，涉及幾個系統之間的交互，那麼首先要考慮的是如何準確的定位到網絡上的一臺或幾臺主機，另外一個是如何進行可靠高效的數據傳輸。這裏就要使用到TCP/IP協議。服務器

　　TCP/IP協議（傳輸控制協議）由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成。IP層負責網絡主機的定位，數據傳輸的路由，由IP地址能夠惟一的肯定Internet上的一臺主機。TCP層負責面向應用的可靠的或非可靠的數據傳輸機制，這是網絡編程的主要對象。網絡

二、TCP與UDPsocket

　　TCP是一種面向鏈接的保證可靠傳輸的協議。經過TCP協議傳輸，獲得的是一個順序的無差錯的數據流。發送方和接收方的成對的兩個socket之間必須創建鏈接，以便在TCP協議的基礎上進行通訊，當一個socket（一般都是server socket）等待創建鏈接時，另外一個socket能夠要求進行鏈接，一旦這兩個socket鏈接起來，它們就能夠進行雙向數據傳輸，雙方均可以進行發送或接收操做。ide

　　UDP是一種面向無鏈接的協議，每一個數據報都是一個獨立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在網絡上以任何可能的路徑傳往目的地，所以可否到達目的地，到達目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的。測試

　　TCP與UDP區別：大數據

　　TCP特色：this

  1. TCP是面向鏈接的協議，經過三次握手創建鏈接，通信完成時要拆除鏈接，因爲TCP是面向鏈接協議，因此只能用於點對點的通信。並且創建鏈接也須要消耗時間和開銷。
  2. TCP傳輸數據無大小限制，進行大數據傳輸。
  3. TCP是一個可靠的協議，它能保證接收方可以完整正確地接收到發送方發送的所有數據。

　　UDP特色：

  1. UDP是面向無鏈接的通信協議，UDP數據包括目的端口號和源端口號信息，因爲通信不須要鏈接，因此能夠實現廣播發送。
  2. UDP傳輸數據時有大小限制，每一個被傳輸的數據報必須限定在64KB以內。
  3. UDP是一個不可靠的協議，發送方所發送的數據報並不必定以相同的次序到達接收方。

　　TCP與UDP應用：

  1. TCP在網絡通訊上有極強的生命力，例如遠程鏈接（Telnet）和文件傳輸（FTP）都須要不定長度的數據被可靠地傳輸。可是可靠的傳輸是要付出代價的，對數據內容正確性的檢驗必然佔用計算機的處理時間和網絡的帶寬，所以TCP傳輸的效率不如UDP高。
  2. UDP操做簡單，並且僅須要較少的監護，所以一般用於局域網高可靠性的分散系統中client/server應用程序。例如視頻會議系統，並不要求音頻視頻數據絕對的正確，只要保證連貫性就能夠了，這種狀況下顯然使用UDP會更合理一些。

三、Socket是什麼

　　Socket一般也稱做"套接字"，用於描述IP地址和端口，是一個通訊鏈的句柄。網絡上的兩個程序經過一個雙向的通信鏈接實現數據的交換，這個雙向鏈路的一端稱爲一個Socket，一個Socket由一個IP地址和一個端口號惟一肯定。應用程序一般經過"套接字"向網絡發出請求或者應答網絡請求。 Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程界面，可是，Socket所支持的協議種類也不光TCP/IP一種，所以二者之間是沒有必然聯繫的。在Java環境下，Socket編程主要是指基於TCP/IP協議的網絡編程。

　　Socket通信過程：服務端監聽某個端口是否有鏈接請求，客戶端向服務端發送鏈接請求，服務端收到鏈接請求向客戶端發出接收消息，這樣一個鏈接就創建起來了。客戶端和服務端均可以相互發送消息與對方進行通信。

　　Socket的基本工做過程包含如下四個步驟：

  1. 建立Socket；
  2. 打開鏈接到Socket的輸入輸出流；
  3. 按照必定的協議對Socket進行讀寫操做；
  4. 關閉Socket。

四、Java中的Socket

　　在java.net包下有兩個類：Socket和ServerSocket。ServerSocket用於服務器端，Socket是創建網絡鏈接時使用的。在鏈接成功時，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。不論是Socket仍是ServerSocket它們的工做都是經過SocketImpl類及其子類完成的。

　　列出幾個經常使用的構造方法：

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Socket(InetAddress address, int  port); //建立一個流套接字並將其鏈接到指定 IP 地址的指定端口號
Socket(String host, int  port); //建立一個流套接字並將其鏈接到指定主機上的指定端口號
Socket(InetAddress address, int  port, InetAddress localAddr, int  localPort); //建立一個套接字並將其鏈接到指定遠程地址上的指定遠程端口
Socket(String host, int  port, InetAddress localAddr, int  localPort); //建立一個套接字並將其鏈接到指定遠程主機上的指定遠程端口
Socket(SocketImpl impl); //使用用戶指定的 SocketImpl 建立一個未鏈接 Socket
 
ServerSocket( int  port); //建立綁定到特定端口的服務器套接字
ServerSocket( int  port, int  backlog); //利用指定的 backlog 建立服務器套接字並將其綁定到指定的本地端口號
ServerSocket( int  port, int  backlog, InetAddress bindAddr); //使用指定的端口、偵聽 backlog 和要綁定到的本地 IP地址建立服務器

　　構造方法的參數中，address、host和port分別是雙向鏈接中另外一方的IP地址、主機名和端 口號，stream指明socket是流socket仍是數據報socket，localPort表示本地主機的端口號，localAddr和bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既能夠用來建立serverSocket又能夠用來建立Socket。count則表示服務端所能支持的最大鏈接數。

　　注意：必須當心選擇端口號。每個端口提供一種特定的服務，只有給出正確的端口，才 能得到相應的服務。0~1023的端口號爲系統所保留，例如http服務的端口號爲80,telnet服務的端口號爲21,ftp服務的端口號爲23, 因此咱們在選擇端口號時，最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突。

　　幾個重要的Socke方法：

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public  InputStream getInputStream(); //方法得到網絡鏈接輸入，同時返回一個IutputStream對象實例
public  OutputStream getOutputStream(); //方法鏈接的另外一端將獲得輸入，同時返回一個OutputStream對象實例
public  Socket accept(); //用於產生"阻塞"，直到接受到一個鏈接，而且返回一個客戶端的Socket對象實例。

　　"阻塞"是一個術語，它使程序運行暫時"停留"在這個地方，直到一個會話產生，而後程序繼續；一般"阻塞"是由循環產生的。

　　注意：其中getInputStream和getOutputStream方法均會產生一個IOException，它必須被捕獲，由於它們返回的流對象，一般都會被另外一個流對象使用。

四、基本的Client/Server程序

　　如下是一個基本的客戶端/服務器端程序代碼。主要實現了服務器端一直監聽某個端口，等待客戶端鏈接請求。客戶端根據IP地址和端口號鏈接服務器端，從鍵盤上輸入一行信息，發送到服務器端，而後接收服務器端返回的信息，最後結束會話。這個程序一次只能接受一個客戶鏈接。

　　ps：這個小例子寫好後，服務端一直接收不到消息，調試了好長時間，才發現誤使用了PrintWriter的print()方法，而BufferedReader的readLine()方法一直沒有遇到換行，因此一直等待讀取。我暈死~~@_@

　　客戶端程序：

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package  com.socket;
 
import  java.io.BufferedReader;
import  java.io.InputStreamReader;
import  java.io.PrintWriter;
import  java.net.Socket;
 
public  class  SocketClient {
     public  static  void  main(String[] args) {
         try  {
             /** 建立Socket*/
             // 建立一個流套接字並將其鏈接到指定 IP 地址的指定端口號(本處是本機)
             Socket socket = new  Socket( "127.0.0.1" , 2013 );
             // 60s超時
             socket.setSoTimeout( 60000 );
 
             /** 發送客戶端準備傳輸的信息 */
             // 由Socket對象獲得輸出流，並構造PrintWriter對象
             PrintWriter printWriter = new  PrintWriter(socket.getOutputStream(), true );
             // 將輸入讀入的字符串輸出到Server
             BufferedReader sysBuff = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(System.in));
             printWriter.println(sysBuff.readLine());
             // 刷新輸出流，使Server立刻收到該字符串
             printWriter.flush();
 
             /** 用於獲取服務端傳輸來的信息 */
             // 由Socket對象獲得輸入流，並構造相應的BufferedReader對象
             BufferedReader bufferedReader = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             // 輸入讀入一字符串
             String result = bufferedReader.readLine();
             System.out.println( "Server say : "  + result);
 
             /** 關閉Socket*/
             printWriter.close();
             bufferedReader.close();
             socket.close();
         } catch  (Exception e) {
             System.out.println( "Exception:"  + e);
         }
     }
}

　　服務器端程序：

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package  com.socket;
 
import  java.io.BufferedReader;
import  java.io.InputStreamReader;
import  java.io.PrintWriter;
import  java.net.ServerSocket;
import  java.net.Socket;
 
public  class  SocketServer {
     public  static  void  main(String[] args) {
         try  {
             /** 建立ServerSocket*/
             // 建立一個ServerSocket在端口2013監聽客戶請求
             ServerSocket serverSocket = new  ServerSocket( 2013 );
             while  ( true ) {
                 // 偵聽並接受到此Socket的鏈接,請求到來則產生一個Socket對象，並繼續執行
                 Socket socket = serverSocket.accept();
 
                 /** 獲取客戶端傳來的信息 */
                 // 由Socket對象獲得輸入流，並構造相應的BufferedReader對象
                 BufferedReader bufferedReader = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                 // 獲取從客戶端讀入的字符串
                 String result = bufferedReader.readLine();
                 System.out.println( "Client say : "  + result);
 
                 /** 發送服務端準備傳輸的 */
                 // 由Socket對象獲得輸出流，並構造PrintWriter對象
                 PrintWriter printWriter = new  PrintWriter(socket.getOutputStream());
                 printWriter.print( "hello Client, I am Server!" );
                 printWriter.flush();
 
                 /** 關閉Socket*/
                 printWriter.close();
                 bufferedReader.close();
                 socket.close();
             }
         } catch  (Exception e) {
             System.out.println( "Exception:"  + e);
         } finally {
//          serverSocket.close();
         }
     }
}

五、多客戶端鏈接服務器

　　上面的服務器端程序一次只能鏈接一個客戶端，這在實際應用中顯然是不可能的。一般的網絡環境是多個客戶端鏈接到某個主機進行通信，因此咱們要對上面的程序進行改造。

　　設計思路：服務器端主程序監聽某一個端口，客戶端發起鏈接請求，服務器端主程序接收請求，同時構造一個線程類，用於接管會話。當一個Socket會話產生後，這個會話就會交給線程進行處理，主程序繼續進行監聽。

　　下面的實現程序流程是：客戶端和服務器創建鏈接，客戶端發送消息，服務端根據消息進行處理並返回消息，若客戶端申請關閉，則服務器關閉此鏈接，雙方通信結束。

　　客戶端程序：

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package  com.socket;
 
import  java.io.BufferedReader;
import  java.io.InputStreamReader;
import  java.io.PrintWriter;
import  java.net.Socket;
 
public  class  SocketClient {
     public  static  void  main(String[] args) {
         try  {
             Socket socket = new  Socket( "127.0.0.1" , 2013 );
             socket.setSoTimeout( 60000 );
 
             PrintWriter printWriter = new  PrintWriter(socket.getOutputStream(), true );
             BufferedReader bufferedReader = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             
             String result = "" ;
             while (result.indexOf( "bye" ) == - 1 ){
                 BufferedReader sysBuff = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(System.in));
                 printWriter.println(sysBuff.readLine());
                 printWriter.flush();
                 
                 result = bufferedReader.readLine();
                 System.out.println( "Server say : "  + result);
             }
 
             printWriter.close();
             bufferedReader.close();
             socket.close();
         } catch  (Exception e) {
             System.out.println( "Exception:"  + e);
         }
     }
}

　　服務器端程序：

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package  com.socket;
 
import  java.io.*;
import  java.net.*;
 
public  class  Server extends  ServerSocket {
     private  static  final  int  SERVER_PORT = 2013 ;
 
     public  Server() throws  IOException {
         super (SERVER_PORT);
 
         try  {
             while  ( true ) {
                 Socket socket = accept();
                 new  CreateServerThread(socket); //當有請求時，啓一個線程處理
             }
         } catch  (IOException e) {
         } finally  {
             close();
         }
     }
 
     //線程類
     class  CreateServerThread extends  Thread {
         private  Socket client;
         private  BufferedReader bufferedReader;
         private  PrintWriter printWriter;
 
         public  CreateServerThread(Socket s) throws  IOException {
             client = s;
 
             bufferedReader = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(client.getInputStream()));
             
             printWriter = new  PrintWriter(client.getOutputStream(), true );
             System.out.println( "Client("  + getName() + ") come in..." );
             
             start();
         }
 
         public  void  run() {
             try  {
                 String line = bufferedReader.readLine();
 
                 while  (!line.equals( "bye" )) {
                     printWriter.println( "continue, Client("  + getName() + ")!" );
                     line = bufferedReader.readLine();
                     System.out.println( "Client("  + getName() + ") say: "  + line);
                 }
                 printWriter.println( "bye, Client("  + getName() + ")!" );
                 
                 System.out.println( "Client("  + getName() + ") exit!" );
                 printWriter.close();
                 bufferedReader.close();
                 client.close();
             } catch  (IOException e) {
             }
         }
     }
 
     public  static  void  main(String[] args) throws  IOException {
         new  Server();
     }
}

六、信息共享

　　以上雖然實現了多個客戶端和服務器鏈接，可是仍然是消息在一個客戶端和服務器之間相互傳播。如今咱們要實現信息共享，即客戶端也能夠向其餘客戶端發送消息，服務器接收客戶端的消息而後廣播給其餘客戶端。相似於聊天室的那種功能，實現信息能在多個客戶端之間共享。

　　設計思路：客戶端循環能夠不停輸入向服務器發送消息，而且啓一個線程，專門用來監聽服務器端發來的消息並打印輸出。服務器端啓動時，啓動一個監聽什麼時候須要向客戶端發送消息的線程。每次接受客戶端鏈接請求，都啓一個線程進行處理，而且將客戶端信息存放到公共集合中。當客戶端發送消息時，服務器端將消息順序存入隊列中，當須要輸出時，從隊列中取出廣播到各客戶端處。

　　啓動服務端和客戶端程序（能夠啓多個客戶端），客戶端第一次輸入任意內容回車與服務器創建鏈接，而後按提示輸入登陸用戶名，接着就能夠以輸入的用戶名身份進行聊天。客戶端輸入showuser命令能夠查看在線用戶列表，輸入bye向服務器端申請退出鏈接。

　　PS：如下代碼在測試時發現了一箇中文亂碼小問題，當文件設置UTF-8編碼時，不管怎樣在代碼中設置輸入流編碼都不起做用，輸入中文仍然會亂碼。把文件設置爲GBK編碼後，不用在代碼中設置輸入流編碼都能正常顯示傳輸中文。

　　客戶端代碼：

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import  java.io.BufferedReader;
import  java.io.InputStreamReader;
import  java.io.PrintWriter;
import  java.net.Socket;
 
public  class  SocketClient extends  Socket{
 
     private  static  final  String SERVER_IP = "127.0.0.1" ;
     private  static  final  int  SERVER_PORT = 2013 ;
     
     private  Socket client;
     private  PrintWriter out;
     private  BufferedReader in;
     
     /**
      * 與服務器鏈接，並輸入發送消息
      */
     public  SocketClient() throws  Exception{
         super (SERVER_IP, SERVER_PORT);
         client = this ;
         out = new  PrintWriter( this .getOutputStream(), true );
         in = new  BufferedReader( new  InputStreamReader( this .getInputStream()));
         new  readLineThread();
         
         while ( true ){
             in = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(System.in));
             String input = in.readLine();
             out.println(input);
         }
     }
     
     /**
      * 用於監聽服務器端向客戶端發送消息線程類
      */
     class  readLineThread extends  Thread{
         
         private  BufferedReader buff;
         public  readLineThread(){
             try  {
                 buff = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(client.getInputStream()));
                 start();
             } catch  (Exception e) {
             }
         }
         
         @Override
         public  void  run() {
             try  {
                 while ( true ){
                     String result = buff.readLine();
                     if ( "byeClient" .equals(result)){ //客戶端申請退出，服務端返回確認退出
                         break ;
                     } else { //輸出服務端發送消息
                         System.out.println(result);
                     }
                 }
                 in.close();
                 out.close();
                 client.close();
             } catch  (Exception e) {
             }
         }
     }
     
     public  static  void  main(String[] args) {
         try  {
             new  SocketClient(); //啓動客戶端
         } catch  (Exception e) {
         }
     }
}

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import  java.io.BufferedReader;
import  java.io.IOException;
import  java.io.InputStreamReader;
import  java.io.PrintWriter;
import  java.net.ServerSocket;
import  java.net.Socket;
import  java.util.ArrayList;
import  java.util.LinkedList;
import  java.util.List;
 
public  class  Server extends  ServerSocket {
 
     private  static  final  int  SERVER_PORT = 2013 ;
 
     private  static  boolean  isPrint = false ; // 是否輸出消息標誌
     private  static  List user_list = new  ArrayList(); // 登陸用戶集合
     private  static  List<ServerThread> thread_list = new  ArrayList<ServerThread>(); // 服務器已啓用線程集合
     private  static  LinkedList message_list = new  LinkedList(); // 存放消息隊列
 
     /**
      * 建立服務端Socket,建立向客戶端發送消息線程,監聽客戶端請求並處理
      */
     public  Server() throws  IOException {
         super (SERVER_PORT); // 建立ServerSocket
         new  PrintOutThread(); // 建立向客戶端發送消息線程
 
         try  {
             while  ( true ) { // 監聽客戶端請求，啓個線程處理
                 Socket socket = accept();
                 new  ServerThread(socket);
             }
         } catch  (Exception e) {
         } finally  {
             close();
         }
     }
 
     /**
      * 監聽是否有輸出消息請求線程類,向客戶端發送消息
      */
     class  PrintOutThread extends  Thread {
 
         public  PrintOutThread() {
             start();
         }
 
         @Override
         public  void  run() {
             while  ( true ) {
                 if  (isPrint) { // 將緩存在隊列中的消息按順序發送到各客戶端，並從隊列中清除。
                     String message = (String) message_list.getFirst();
                     for  (ServerThread thread : thread_list) {
                         thread.sendMessage(message);
                     }
                     message_list.removeFirst();
                     isPrint = message_list.size() > 0  ? true  : false ;
                 }
             }
         }
     }
 
     /**
      * 服務器線程類
      */
     class  ServerThread extends  Thread {
         private  Socket client;
         private  PrintWriter out;
         private  BufferedReader in;
         private  String name;
 
         public  ServerThread(Socket s) throws  IOException {
             client = s;
             out = new  PrintWriter(client.getOutputStream(), true );
             in = new  BufferedReader( new  InputStreamReader(client.getInputStream()));
             in.readLine();
             out.println( "成功連上聊天室,請輸入你的名字：" );
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