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JavaEE-网络编程(2)

article 2024/11/19 21:22:30

目录

1. TCP的socket api

1.1 ServerSocket

1.2 Socket

1.3 关于连接

2. 写一个TCP回显服务器

代码的基本结构

2.1.建立连接

2.2 使用 try catch 语法

2.3 对操作流进行封装

2.4 使用 flush() 冲刷缓冲区

2.5 用 close() 关闭对客户端的连接

2.6 println 和 hasnext

3. TCP 客户端

4.一个服务器同时给多个客户端服务

4.1 现象以及原因分析

4.2 优化方案：创建多线程

4.3 利用线程池进一步优化

1. TCP的socket api

1.1 ServerSocket

ServerSocket 是专门给服务器用的

构造方法如下：

与UDP类似，服务器启动，需要先绑定端口号

建立连接的方法如下：

与 UDP 不同，UDP 的特性是“无连接”，TCP 是“有连接”

这里的 accept 是联通连接的关键操作，返回值是一个 Socket 类型，需要用 Socket 类来接收

1.2 Socket

Socket 是服务器和客户端都会用的

构造方法：

用于接收请求和发送响应的方法：

TCP并没有 send / receive 这样的操作，使用的是字节流来进行接收和响应

TCP 的一个核心特点就是，面向字节流

读写数据的基本单位就是字节 byte 

（UDP的单位是一个数据报）

关闭对客户端的连接：

1.3 关于连接

连接可以理解为打电话，客户端给服务器打电话，当电话打通了，就是建立了连接。

一旦打通了电话，就可以说话，说话可以说一句就挂断，也可以说很多句再挂断。

对于 TCP 服务器也是如此，一旦进行连接，就可以发送一个或者多个请求，直到想结束了，再断开连接。

2. 写一个TCP回显服务器

代码的基本结构

直接看代码：

public class TcpEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket=null;

    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        this.serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    //服务器连接客户端
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        //不断的接收客户端的连接请求
        while(true){
            //与客户端进行连接
            //如果没有客户端发送请求，accept会进入阻塞状态
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            processConnection(clientSocket);
        }
    }
    //连接成功之后为客户端进行服务
    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端已上线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
        try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();//结束之后会自动关闭输入流
            OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()//结束之后会自动关闭输出流
        ){
            //针对 InputerStream 套了一层
            Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
            //针对 OutputStream 套了一层
            PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);
            //三个步骤
            while(true){
                if(!scanner.hasNext()){
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端已下线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                //1.接收请求
                //byte[] request=new byte[1024];
                //inputStream.read(request);
                String request=scanner.next();
                //2.根据请求计算响应
                String response=process(request);
                //3.发送响应
                writer.println(response);
                writer.flush();
                //4.打印日志
                System.out.printf("[%s:%d] req:%s  resp:%s \n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),
                        request,response);
            }
        }catch (IOException e){
            throw new RuntimeException();
        }finally {
            clientSocket.close();
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer tcpEchoServer=new TcpEchoServer(9090);
        tcpEchoServer.start();
    }
}

【注意】

2.1.建立连接

建立连接的时候要使用serverSocket.accept()，该方法的返回值是一个Socket类型，当成功建立连接后，再用 Socket 类的方法来操作字节流，进行接收请求和发送响应

2.2 使用 try catch 语法

操作打开后需要进行close操作，此处可以使用 try catch 语法将其包裹，在try()内打开，当try内的代码块执行完毕后就会自动关闭

2.3 对操作流进行封装

可以直接使用 inputStream.read 来读取请求的数据

也可以使用Scanner对inputStream进行封装

实际上，Scanner 的构造方法，填入的其实是一个 InputStream 对象：

我们平时使用的 System.in 其实就是一个 InputStream 类型：

也就是说，当 Scanner 的构造方法中，传入的是 System.in 的输入流时，就进行系统输入

当传入的是 clientSocket.getInputStream 的输入流时，就进行网络输入。

同理，outputStream 也可以使用 PrintWriter 进行封装：

2.4 使用 flush() 冲刷缓冲区

writer.println(request) 这个操作只是把数据放到“发送缓冲区”（内存空间）中，还没有真正写入到网卡里

要调用 flush()方法来“冲刷缓冲区”，才能真正发送数据

如果没有冲刷，是发送不出去的：

2.5 用 close() 关闭对客户端的连接

我在上篇文章说过：是否要对一个程序进行 close 操作，这取决于这个程序的生命周期

而此处 clientSocket 的生命周期就是从连接成功到断开连接，即使客户端与服务器断开了连接，服务器也依旧在运转，等待连接下一个客户端，也就是说，clientSocket 并没有伴随整个进程的始终

因此， clientSocket 是需要进行 close() 操作的

此处的 close() 操作应当放入 finally{} 代码块中，这样一来，无论程序如何执行，close() 操作都一定会被执行到。

2.6 println 和 hasnext

println 后面这个ln，行为是给字符串末尾加上\n

当把 ln 去掉，把 println 改成 print ，会发现服务器无法返回响应：

事实上是，客户端确实成功向服务器发送了数据，服务器也收到了数据，但是服务器却没有处理。

原因：

hasNext() 的行为是判定收到的数据中是否包含“空白符”(换行，回车，空格，制表符，翻页符...)

当遇到空白符，才会认为是一个“完整的next”，在遇到之前，都会阻塞

UDP 是以 DatagramPacket 作为单位的。

TCP 则是以 字节 为单位

但是实际上，一个请求往往是由多个字节构成的

此时就需要一个标记来区分，到底多少字节为一个“完整的请求”

于是就暗暗约定，一个请求/响应 使用 \n 作为结束标记

对端读的时候，也是读到 \n 就结束（认为读到了一个“完整的请求”）

3. TCP 客户端

public class TcpEchoClient {
    Socket socket=null;

    public TcpEchoClient(String serverIp,int port) throws IOException {
        this.socket = new Socket(serverIp,port);
    }
    public void start(){
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        try(InputStream inputStream=socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream=socket.getOutputStream()) {
            //针对 InputerStream 套了一层
            Scanner scannerNet=new Scanner(inputStream);
            //针对 OutputStream 套了一层
            PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);
            while(true){
                //1.向服务器发送请求
                System.out.println("请输入要发送的内容:");
                String request=scanner.next();
                writer.println(request);
                writer.flush();
                //2.接收服务器的响应
                String response=scannerNet.next();
                //3.打印响应
                System.out.println(response);
            }
        }catch (IOException e){
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient tcpEchoClient=new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        tcpEchoClient.start();
    }
}

4.一个服务器同时给多个客户端服务

4.1 现象以及原因分析

运行服务器，再运行客户端，客户端可以正常与服务器进行通信：

Tips：如何运行多个main？

如果在上述的基础上，再运行一个客户端，会发现第二个客户端无法正常通信：

原因：

 

服务器必须与客户端连接上了，才能够给客户端提供服务

然而此处服务器代码运行到 processConnection(clientSocket) 这一行时就没再往下执行了

因为当前线程还在为第一个客户端提供服务，所以后续客户端想要与服务器创建连接，必须阻塞等待

4.2 优化方案：创建多线程

当一个客户端与服务器成功连接时，创建一个新的线程，让这个新的线程单独服务这个客户端

此时的main线程就不需要进入 processConnection 方法内部，而是直接进入下一轮while循环

当代码运行到 serverSocket.accept() 时，如果有新的客户端请求连接，就创建连接

如果没有新的客户端请求连接，就阻塞等待，直到有新的客户端请求与服务器连接

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        //不断的接收客户端的连接请求
        while(true){
            //与客户端进行连接
            //如果没有客户端发送请求，accept会进入阻塞状态
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //创建新的线程，让新的线程来为客户端提供服务，使得当前main线程能够空闲下来，为客户端和服务器创建连接
            Thread thread=new Thread(()->{
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
            thread.start();
        }
    }

再次启动服务器和两个客户端：

服务器可以同时为两个客户端提供服务

4.3 利用线程池进一步优化

当前这个程序，有客户端连接上，就创建一个新的线程。客户端断开，就销毁一个线程。

而创建和销毁线程实际上是很消耗资源的操作。

因此可以引用线程池来解决这个问题：

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        ExecutorService executorService= Executors.newCachedThreadPool();
        //不断的接收客户端的连接请求
        while(true){
            //与客户端进行连接
            //如果没有客户端发送请求，accept会进入阻塞状态
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //使用线程池
            executorService.submit(()->{
                processConnection(clientSocket);
            });
        }
    }

完

如果哪里有疑问的话欢迎来评论区指出和讨论，如果觉得文章有价值的话就请给我点个关注还有免费的收藏和赞吧，谢谢大家！


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