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【JavaEE初阶】网络编程TCP协议实现回显服务器以及如何处理多个客户端的响应

前言

🌟🌟本期讲解关于TCP/UDP协议的原理理解~~~

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🎆那么废话不多说直接开整吧~~

 

目录

📚️1.TCP相关API

📚️2.回显服务器

2.1概念

2.2服务器的实现

1.初始化Socket类对象

2.启动连接服务器

 3.读取连接的阻塞

4.数据的响应的返回

5.缓冲区的刷新

2.3客户端的实现

1.初始化Socket类对象

2.启动客户端并阻塞

3.发送请求和接收响应

4.文件流close的操作

📚️3.处理多个客户端同时响应

3.1启动多个服务器

3.2处理多客户端请求

1.问题现象

2.问题分析

3.问题解决

4.方法扩展

📚️4.总结

 

📚️1.TCP相关API

 和前一期的UDP基本是大差不差的,但是这里提供的方法来模拟对于网卡的操作是有一定的区别的,所示API如下:

ServerSocket是Socket类对应到网卡给服务器使用的类
Socket对应到网卡,是给服务器或者客户端来进行使用的

而我们知道在UDP的使用中有DatagramPacket是用于在传输过程中的数据传送的单位,即“面向数据包”,但是这里是没有具体特有的数据传送的类的

注意:由于TCP是一个面向字节流的协议,所以使用的仍然是文件IO部分的操作字节流;

inputstream读数据(字节为单位)
outputstream写数据(字节为单位)

所以有了这些铺垫我们就可以使用TCP来实现一个回显服务器了;

📚️2.回显服务器

2.1概念

回显服务器:所谓的回显服务器就是当客户端发送一个请求之后,服务器就直接返回这个响应,在对于请求的解析和操作中是没有任何的逻辑的;(总之就是用户输入什么就得到什么~~

2.2服务器的实现

1.初始化Socket类对象

这里和UDP的初始化几乎是一样的,即如下代码所示:

public class TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);  //操作模拟网卡的端口号}

这里就是通过erverSocket类来实现一个对象,达到模拟控制网卡的操作,用于数据的传输,其中这里的port就是一个服务器的端口号;

2.启动连接服务器

在上述的初始化过后,我们就可直接启动服务器了,代码所示:

 public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动了");//进入循环while (true) {//建立连接Socket Clientsocket = serverSocket.accept();processClient(Clientsocket);}}

解释:当我们启动服务器之后,这里就要进行服务器与客户端的连接,为啥要进行连接呢,主要是因为TCP是一个有连接的协议,这就类似于打电话一样,两边要接听后才能够进行通信,然后将数据传给另一个方法操作;

如下图所示:

此时应用程序中调用对应的API来尝试和服务器建立连接,然后内核态就会尝试发起建立连接的流程,然后服务器这边的内核态就会配合进行连接;

注意:内核发起连接是用户程序来进行操作的,所以这里就要调用accept来进行连接;

 3.读取连接的阻塞

当客户端和服务器建立连接,传入数据进行操作时,此时服务器就会进入阻塞状态,那么就有一下代码来进行实现:

private void processClient(Socket Clientsocket) { //处理连接来的数据System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线!\n", Clientsocket.getInetAddress(), Clientsocket.getPort());try (InputStream inputStream = Clientsocket.getInputStream();OutputStream OutputStream = Clientsocket.getOutputStream()) {//循环读取客户端的请求并且进行响应while (true) {Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if (!scanner.hasNext()) {System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", Clientsocket.getInetAddress(), Clientsocket.getPort());break;}

解释:

由于TCP的面向字节流,所以我们可以通过inputstream来实现这里的操作,此时将这里的操作写到try里是为了自动执行close的关闭文件流的操作;

通过scanner来读取字节数据,然后通过scanner.hashnext来实现没有输入时就进行跳出循环操作,这里就是客户端下线了;

4.数据的响应的返回

在这里通过字节数据的请求操作实现对于客户端的响应,代码如下:

String request = scanner.next();//进行响应操作String response = process(request);//将响应传给客户端//给outputstream进行外包装PrintWriter printWriter = new PrintWriter(OutputStream);printWriter.println(response);

解释:这里的process操作就是直接返回需求作为响应,然后这里小编就通过printwriter来包装了outputstream这个写数据的操作,就是替代了这个代码:

OutputStream.write(response.getBytes(),0,response.getBytes().length)

这里两个的区别:
OutputStream :你需要将字符串手动转换为字节数组发送,例如;

String response = "收到你的消息";
byte[] responseBytes = response.getBytes();
outputStream.write(responseBytes);


PrintWriter :它提供了更方便的 print 和 println 方法,可以直接发送字符串;
 
 PrintWriter 会自动处理字符编码等细节,并且在构造函数的第二个参数传入 true 时能够自动刷新缓冲区,确保消息及时发送。这使得代码更加简洁易读,减少了因字节处理而可能产生的错误。

5.缓冲区的刷新

这里是printwriter提供的缓冲区在这里面进行了操作,解决代码如下:

 printWriter.flush();//刷新缓冲区,让数据发送出去

解释:这就是刷新缓冲区的意思,为啥要刷新缓冲区呢???

注意:这里的IO操作是一个比较低效的操作,所以就会尽量减少对于文件IO的操作,所以要操作网卡的数据存放到内存缓冲区里,当积攒到一定的量后再发给下一层协议

 所以当数据太少的时候,就会存在缓冲区里,并没有发送出去,所以这里要进行刷新的操作;

2.3客户端的实现

1.初始化Socket类对象

和上面的服务器初始化是一致的,只不过使用的类不一样,代码如下:

public class TcpEchoClient {private Socket socket=null;public TcpEchoClient(String ServerIP, int ServerPort) throws IOException {//由于tcp是有连接的,所以会自动保存这里的ip和端口号socket=new Socket(ServerIP,ServerPort);}

解释:这里通过socket对象,实现对于网卡的模拟操作,在构造函数的时候定义服务器的IP地址以及服务器的端口号;

2.启动客户端并阻塞

这里在启动客户端后直接进入循环,进行不断的从服务器读取响应,代码如下:

public void start(){System.out.println("客户端启动了");try (InputStream inputStream=socket.getInputStream();OutputStream outputStream= socket.getOutputStream()){Scanner scannerConsole=new Scanner(System.in);Scanner scannernetwork=new Scanner(inputStream);PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);while (true){System.out.println("->");if(!scannerConsole.hasNext()){break;}

解释:这里还是通过inputstream和outputstream来进行操作,这里的两个scanner分别的用途如下所示;

第一个scanner是用于客户在控制台上进行字符串的输入;

第二个scanner是用于字节数据的读取,就是从服务器响应过后的数据接收;

第三个printwriter用于写数据给服务器,这里就是发送请求的意思

之后进入用户的输入阻塞,当不输入时,就直接跳出循环,客户端下线;

3.发送请求和接收响应

当执行上述步骤之后,我们就要执行对于服务器数据的发送请求和接收响应的操作了,代码如下:

 String request=scannerConsole.next();//发送数据用到写的操作writer.println(request);writer.flush();//接收数据String response=scannernetwork.next();System.out.println(response);

解释:这里将用户输入的请求通过writer写给服务器,并刷新了缓存,保证字节数组能够发送出去,最后通过scannernetwork来接收数据,并转化为字符串类型数据,最后在打印即可;

4.文件流close的操作

1.serversocket

解释:由于整个程序中只有一个serversocket对象,并且这个对象的生命周期很长,随着服务器的退出自动销毁,所以不需要进行close操作;

2.clientSocket

解释:由于clientsocket是每个客户端都有一个,由于连接的客户端越来越多,不释放socket就会导致将文件描述附表占满,所以这里要进行close的操作;

代码如下:

finally {try {clientSocket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}

这里就添加在服务器try-catch的后面即可~~~

📚️3.处理多个客户端同时响应

3.1启动多个服务器

当我们执行代码,启动多个服务器的时候会发现此时idea会终止这个原来的进程,然后执行新的代码,即新的进程,那么解决办法如下所示:

点击后进入如下的画面,然后进入一个新的界面点击如下:

然后这里代表的就是允许多个实例的运行,那么就可以重复执行代码,实现多个服务器同时运行的实现;

3.2处理多客户端请求

1.问题现象

此时当我们对第一个客户端进行输入的时候,发现此时服务器对于客户端是有响应的,如下图所示:

此时是有客户端输入后,会得到响应的,但是此时我们对于第二个客户端进行打印的时候,这里是没有出现响应的:

此时我们可以看见服务器对于两个客户端的上线状态也是不一样的,如下图所示:

很明显这里就是只上线了一个客户端,那么这就是第二个客户端得不到响应的原因;

2.问题分析

流程:首先这里的服务器主循环是通过clientsocket来进行数据连接,然后再进入数据操作的循环,即有以下几个步骤:

1.读取请求并且进行解析;

2.对于解析做出响应;

3.将响应传回给客户端;

注意:这是一个死循环,只要这个循环不结束(即连接这个服务器的第一个客户端不结束)那么就会导致服务器一直在这个循环等待客户端1号的请求,并做出响应;

虽然这里第二个客户端实现了内核上运用accept与服务器建立了连接,但是无法将连接拿到程序里进行处理,这就是整个多客户端 请求不成功的主要原因;

3.问题解决

使用多线程

对这个processClient(Clientsocket)来进行多个线程处理多个客户端的请求与响应,具体代码如下所示:

while (true) {//建立连接Socket Clientsocket = serverSocket.accept();Thread t=new Thread(()->{processClient(Clientsocket);});t.start();}

解释:那么此时当申请一个客户端的时候,那么就会创建一个线程来对这个客户端进行服务,此时就解决了多客户端请求的问题;

使用线程池

由于上述的操作,会导致一个客户端执行,就会创建一个线程,一个客户端执行完了,就会销毁一个线程,那么此时就会造成线程频繁创建销毁的开销增大;

那么这里就引入了线程池,这个概念,具体代码如下:

 while (true) {//建立连接Socket Clientsocket = serverSocket.accept();ExecutorService pool= Executors.newCachedThreadPool();pool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {processClient(Clientsocket);}});}

 解释:那么此时当创建好线程后,客户端执行,那么就会从线程池中拿一个线程进行服务客户端,当客户端执行结束后,将线程入到线程池,就不会销毁,节省了线程创建的开销;

4.方法扩展

引入协程

这里的协程就是轻量级线程,用户态可以手动的调度这个协程,并发的执行多个客户端;那么此时由于协程的创建和销毁是用户态进行手动控制的,所以就省去了系统内核的调度开销;

IO多路复用

IO多路复用:这里就是一个系统内核级别的机制,主要的内容机制就是一个线程同时负责多个socket的处理;

本质:即每个socket需要操作的数据不是同一时间处理的;

举例:假如我去买街上买吃的,我可以点好餐后,等待后,拿到餐了,那么去买另一个东西;那么我也可以等买完餐后直接去买另一个东西,此时在等这两个东西完成后,再去拿;这里的本质就是每个东西的不是同一个时间执行的;

📚️4.总结

💬💬本期小编主要讲解了关于TCP实现回显服务器的操作过程中,服务器的操作,客户端的操作;以及如何处理多个客户端的同时响应,并进行了问题的多方解决~~~

🌅🌅🌅~~~~最后希望与诸君共勉,共同进步!!!


💪💪💪以上就是本期内容了, 感兴趣的话,就关注小编吧。

                             😊😊  期待你的关注~~~

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