【Java】TCP网络编程（字节/符流）

概念

TCP（传输控制协议）是一种面向连接的协议，用于在计算机网络中可靠地传输数据。TCP是Internet协议族中的一个核心协议，它在传输层提供可靠、有序、基于流的传输服务。

网络编程是使用计算机网络进行编程的过程，可以使用各种编程语言和协议来实现网络通信。TCP网络编程是指使用TCP协议进行网络通信的编程技术。

TCP网络编程

TCP网络编程有两种模式，一种是服务器模式，另一种是客户端模式。服务器模式创建一个服务程序，等待客户端用户的连接，接收到用户的连接请求后，根据用户的请求进行处理；客户端模式则根据目的服务器的地址和端口进行连接，向服务器发送请求并对服务器的响应进行数据处理。

ServerSocket类和socket类（服务端/客户端）实现了基于TCP协议网络程序

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客户端程序发起连接，形成数据通道，发给信息给服务端；服务器端在某个端口进行监听（这里以9999端口作为演示），当客户端连接到服务端后，实际上客户端是通过一个端口和服务端进行通讯的，这个端口是TCP/IP分配的（服务端通信的端口是固定的）

服务端
1.在本机的9999端口监听，等待连接
2.当没有客户端连接9999端口时，程序会阻塞，等待连接
3.通过socket.getInputStream()方法来读取客户端写入到通道的数据
客户端
1.连接服务端（IP，端口）
2.连接上后，会生成Socket，通过socket.getOutputStream()
3.通过输出流，写入数据到数据通道

ServerSocket

在客户/服务器通信模式中，服务器端需要创建监听特定端口的ServerSocket，ServerSocket负责接收客户连接请求。（用于监听端口）

该类提供了四个构造器，根据不同的场景进行选择

常用方法

• accept()：侦听并接受此套接字的连接；当有客户端连接的时候会返回一个Socket对象。此方法在连接传入之前一直阻塞

此代码执行之后，只会输出服务端在9999端口监听等待连接，而后一直阻塞等待（只有返回socket对象之后才会继续）

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class SocketTCP01Server {public static void main(String[] args) {try {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);System.out.println("服务端在9999端口监听等待连接");Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("服务器端："+socket.getClass());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

注意：要求被监听的端口没有被其他服务或程序占用，否则会出异常

socket

这个类实现了客户端套接字（也被称为“套接字”）。套接字是两台机器之间的通信的一个端点。 用于客户端与服务端之间的连接，如果连接成功返回Socket对象

该类提供了9个构造器，根据不同的场景进行选择

这里使用常用的Socket(InetAddress address, int port) 作为演示

• address：IP地址
• port：端口号

常用方法

• getInputStream()：返回socket的输入流，用于接收数据
• getOutputStream：返回socket的输出流，用于发送数据
• shutdownOutput()：表示一个Output结束标记，表示后面没有要输入的东西
• shutdownInput()：表示一个Input结束标记，表示后面没有要读的数据了

通常Socket构造器中的IP地址写的是远程服务器的IP地址，这里作为演示使用本机IP

InetAddress.getLocalHost();//获取本机IP

此时先执行ServerSocket中监听指定端口（代码在ServerSocket中），然后执行下列代码，会连接成功

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;public class SocketTCP01Client {public static void main(String[] args) {try {//连接本机的9999端口Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(),9999);System.out.println("客户端：连接成功"+socket.getClass());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

客户端和服务端各有一个Socket对象

使用区别和原理演示

区别
当serverSocket.accept()时，可以返回多个socket对象（多并发）一台计算机可以同时提供多个服务，这些不同的服务之间通过端口号来区别，不同的端口号上提供不同的服务。当多个服务（服务器）连接同一个端口时，accept之后会返回多个socket对象

工作原理

1. 服务端：监听端口，等待连接
2. 客户端：连接服务端端口，返回Socket对象，同时服务端也返回Socket对象
3. 客户端：连接上后，通过socket.getOutputStream()得到socket对象关联的输出流对象
4. 客户端：通过输出流，写入数据
5. 服务端：通过socket.getInputStream()读取客户端写入到数据通道的数据，并输出
6. 客户端和服务端：socket和流进行关闭（close），避免造成资源浪费

代码演示
理论上服务端和客户端的程序应该是在不同的机器上的，这里为了方便，使用了一台机器（可以自行设置虚拟机）

1.客户端连接到服务端，发送hello server并退出；服务端接收到客户端的信息，打印并退出

以下代码执行过后，服务端会输出客户端发来的信息，先执行服务端，在执行客户端。如果出现异常，可以把电脑防火墙关闭

这里使用的String类中getBytes方法（字符串转字节数组）和String的构造器

服务端

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class SocketTCP01Server {public static void main(String[] args) {InputStream inputStream = null;Socket socket = null;try {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);System.out.println("服务端在9999端口监听等待连接");socket = serverSocket.accept();inputStream = socket.getInputStream();byte[] bytes = new byte[1024];int len =0;while ((len=inputStream.read(bytes))!=-1){System.out.println(new String(bytes,0,len));}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {try {socket.close();inputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

客户端

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;public class SocketTCP01Client {public static void main(String[] args) {Socket socket = null;OutputStream outputStream = null;try {socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(),9999);System.out.println("客户端：连接成功"+socket.getClass());outputStream = socket.getOutputStream();outputStream.write("hello,server".getBytes());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {try {socket.close();outputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

2.客户端连接到服务端，发送hello,server，并接收服务端回发的hello，client并退出；服务端接收到客户端的信息，输出并退出

注意：在发送完一个数据的时候，需要有一个结束标记，表示该数据发送完毕，可以发送下一个，要不然当多个数据发送时，会出现死锁的情况。

服务端

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class SocketTCP02Server {public static void main(String[] args) {ServerSocket serverSocket = null;InputStream inputStream = null;Socket socket = null;OutputStream outputStream = null;try {serverSocket = new ServerSocket(9999);System.out.println("服务端在9999端口监听等待连接");socket = serverSocket.accept();inputStream = socket.getInputStream();byte[] bytes = new byte[1024];int len = 0;System.out.println("客户端发的信息为：");while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {System.out.println(new String(bytes, 0, len));}socket.shutdownInput();//表示一个结束标记outputStream = socket.getOutputStream();outputStream.write("hello，client".getBytes());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {try {socket.close();inputStream.close();outputStream.close();serverSocket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

客户端

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;public class SocketTCP02Client {public static void main(String[] args) {Socket socket = null;OutputStream outputStream = null;InputStream inputStream = null;try {socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(),9999);System.out.println("客户端：连接成功"+socket.getClass());outputStream = socket.getOutputStream();outputStream.write("hello,server".getBytes());socket.shutdownOutput();//表示一个结束标记inputStream = socket.getInputStream();byte[] buf = new byte[1024];int readlen = 0;System.out.println("服务端发的信息为：");while ((readlen = inputStream.read(buf))!=-1){System.out.println(new String(buf,0,readlen));}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {try {socket.close();outputStream.close();inputStream.close();System.out.println("客户端退出");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

3.使用TCP字符流完成网络数据通讯演示（这里使用了转换流，把字节流转换为字符流）,如果使用字符流需要手动刷新，调用flush方法，否则数据不会写入

注意：newLine()也可以是设置写入标记（换行符），需要对方使用readLine()：读取结束标记才可以

服务端

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class SocketTCP03Server {public static void main(String[] args) {ServerSocket serverSocket = null;InputStream inputStream = null;Socket socket = null;OutputStream outputStream = null;BufferedWriter bufferedWriter = null;try {serverSocket = new ServerSocket(9999);System.out.println("服务端在9999端口监听等待连接");socket = serverSocket.accept();inputStream = socket.getInputStream();BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));System.out.println(bufferedReader.readLine());
//            socket.shutdownInput();//表示一个结束标记outputStream = socket.getOutputStream();bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));bufferedWriter.write("hello，client字符流");bufferedWriter.newLine();//结束标记bufferedWriter.flush();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {try {socket.close();serverSocket.close();bufferedWriter.close();//关闭外层流即可} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

客户端

import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;public class SocketTCP03Client {public static void main(String[] args) {Socket socket = null;OutputStream outputStream = null;InputStream inputStream= null;BufferedReader bufferedReader = null;try {socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(),9999);System.out.println("客户端：连接成功"+socket.getClass());outputStream = socket.getOutputStream();BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));bufferedWriter.write("hello,server字符流");bufferedWriter.newLine();//换行符，在这里表示结束标记bufferedWriter.flush();
//            socket.shutdownOutput();//表示一个结束标记inputStream = socket.getInputStream();bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));System.out.println(bufferedReader.readLine());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {try {socket.close();bufferedReader.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}