Java基于TCP协议的Socket通信

简介

tcp简介

tcp（transmission control protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由ietf的rfc 793定义。在简化的计算机网络osi模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（udp，下一篇博客会实现）是同一层内 另一个重要的传输协议。在因特网协议族（internet protocol suite）中，tcp层是位于ip层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是ip层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。

应用层向tcp层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后tcp把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（ mtu）的限制）。之后tcp把结果包传给ip层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的tcp层。tcp为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ack）；如果发送端实体在合理的往返时延（rtt）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。tcp用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

java socket简介

所谓socket 通常也称作”套接字“，用于描述ip地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过”套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。

以j2sdk-1.3为例，socket和serversocket类库位于java.net包中。serversocket用于服务器端，socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是socket还是serversocket它们的工作都是通过socketimpl类及其子类完成的。

重要的socket api：

java.net.socket继承于java.lang.object，有八个构造器，其方法并不多，下面介绍使用最频繁的三个方法，其它方法大家可以见jdk-1.3文档。

• . accept方法用于产生”阻塞”，直到接受到一个连接，并且返回一个客户端的socket对象实例。”阻塞”是一个术语，它使程序运行暂时”停留”在这个地方，直到一个会话产生，然后程序继续；通常”阻塞”是由循环产生的。
• . getinputstream方法获得网络连接输入，同时返回一个inputstream对象实例。
• . getoutputstream方法连接的另一端将得到输入，同时返回一个outputstream对象实例。

注意：其中getinputstream和getoutputstream方法均会产生一个ioexception，它必须被捕获，因为它们返回的流对象，通常都会被另一个流对象使用。

socketimpl介绍

既然不管是socket还是serversocket它们的工作都是通过socketimpl类及其子类完成的，那么当然要介绍啦。

抽象类 socketimpl 是实际实现套接字的所有类的通用超类。创建客户端和服务器套接字都可以使用它。

具体jdk见：

由于它是超类具体代码实现还是见下面的socket

tcp 编程

构造serversocket

具体api见：

构造方法：

• serversocket() ~创建非绑定服务器套接字。
• serversocket(int port) ~创建绑定到特定端口的服务器套接字。
• serversocket(int port, int backlog) ~利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
• serversocket(int port, int backlog, inetaddress bindaddr) ~使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 ip 地址创建服务器。

1.1 绑定端口

除了第一个不带参数的构造方法以外, 其他构造方法都会使服务器与特定端口绑定, 该端口有参数 port 指定. 例如, 以下代码创建了一个与 80 端口绑定的服务器:

serversocket serversocket = new serversocket(80);

如果运行时无法绑定到 80 端口, 以上代码会抛出 ioexception, 更确切地说, 是抛出 bindexception, 它是 ioexception 的子类. bindexception 一般是由以下原因造成的:

• 端口已经被其他服务器进程占用;
• 在某些操作系统中, 如果没有以超级用户的身份来运行服务器程序, 那么操作系统不允许服务器绑定到 1-1023 之间的端口.

如果把参数 port 设为 0, 表示由操作系统来为服务器分配一个任意可用的端口. 有操作系统分配的端口也称为匿名端口. 对于多数服务器, 会使用明确的端口, 而不会使用匿名端口, 因为客户程序需要事先知道服务器的端口, 才能方便地访问服务器.

1.2 设定客户连接请求队列的长度

当服务器进程运行时, 可能会同时监听到多个客户的连接请求. 例如, 每当一个客户进程执行以下代码:

socket socket = new socket("www.javathinker.org", 80); 

就意味着在远程 www.javathinker.org 主机的 80 端口上, 监听到了一个客户的连接请求. 管理客户连接请求的任务是由操作系统来完成的. 操作系统把这些连接请求存储在一个先进先出的队列中. 许多操作系统限定了队列的最大长度, 一般为 50 . 当队列中的连接请求达到了队列的最大容量时, 服务器进程所在的主机会拒绝新的连接请求. 只有当服务器进程通过 serversocket 的 accept() 方法从队列中取出连接请求, 使队列腾出空位时, 队列才能继续加入新的连接请求.

对于客户进程, 如果它发出的连接请求被加入到服务器的请求连接队列中, 就意味着客户与服务器的连接建立成功, 客户进程从 socket 构造方法中正常返回. 如果客户进程发出的连接请求被服务器拒绝, socket 构造方法就会抛出 connectionexception.

tips: 创建绑定端口的服务器进程后, 当客户进程的 socket构造方法返回成功, 表示客户进程的连接请求被加入到服务器进程的请求连接队列中. 虽然客户端成功返回 socket对象, 但是还没跟服务器进程形成一条通信线路. 必须在服务器进程通过 serversocket 的 accept() 方法从请求连接队列中取出连接请求, 并返回一个socket 对象后, 服务器进程这个socket 对象才与客户端的 socket 对象形成一条通信线路.

serversocket 构造方法的 backlog 参数用来显式设置连接请求队列的长度, 它将覆盖操作系统限定的队列的最大长度. 值得注意的是, 在以下几种情况中, 仍然会采用操作系统限定的队列的最大长度:

• backlog 参数的值大于操作系统限定的队列的最大长度;
• backlog 参数的值小于或等于0;
• 在serversocket 构造方法中没有设置 backlog 参数.

以下的 client.java 和 server.java 用来演示服务器的连接请求队列的特性.

client.java

import java.net.socket;
public class client {
 public static void main(string[] args) throws exception{
  final int length = 100;
  string host = "localhost";
  int port = 1122;
  socket[] socket = new socket[length];
  for(int i = 0;i<length;i++){
   socket[i] = new socket(host,port);
   system.out.println("第"+(i+1)+"次连接成功！");
  }
  thread.sleep(3000);
  for(int i=0;i<length;i++){
   socket[i].close();
  }
 }
}

server.java

import java.io.ioexception;
import java.net.serversocket;
import java.net.socket;
public class server {
 private int port = 1122;
 private serversocket serversocket;

 public server() throws exception{
  serversocket = new serversocket(port,3);
  system.out.println("服务器启动!");
 }
 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(60000*10);
  server.service();
 }
}

client 试图与 server 进行 100 次连接. 在 server 类中, 把连接请求队列的长度设为 3. 这意味着当队列中有了 3 个连接请求时, 如果client 再请求连接, 就会被 server 拒绝.  下面按照以下步骤运行 server 和 client 程序.

⑴ 在server 中只创建一个 serversocket 对象, 在构造方法中指定监听的端口为1122 和 连接请求队列的长度为 3 . 构造 server 对象后, server 程序睡眠 10 分钟, 并且在 server 中不执行 serversocket.accept() 方法. 这意味着队列中的连接请求永远不会被取出. 运行server 程序和 client 程序后, client程序的打印结果如下:

第 1 次连接成功

第 2 次连接成功

第 3 次连接成功

exception in thread “main” java.net.connectexception: connection refused: connect

…………….

从以上打印的结果可以看出, client 与 server 在成功地建立了3 个连接后, 就无法再创建其余的连接了, 因为服务器的队已经满了.

⑵ 在server中构造一个跟 ⑴ 相同的 serversocket对象, server程序不睡眠, 在一个 while 循环中不断执行 serversocket.accept()方法, 该方法从队列中取出连接请求, 使得队列能及时腾出空位, 以容纳新的连接请求. client 程序的打印结果如下:

第 1 次连接成功

第 2 次连接成功

第 3 次连接成功

………..

第 100 次连接成功

从以上打印结果可以看出, 此时 client 能顺利与 server 建立 100 次连接.(每次while的循环要够快才行, 如果太慢, 从队列取连接请求的速度比放连接请求的速度慢的话, 不一定都能成功连接)

1.3 设定绑定的ip 地址

如果主机只有一个ip 地址, 那么默认情况下, 服务器程序就与该ip 地址绑定. serversocket 的第 4 个构造方法 serversocket(int port, int backlog, inetaddress bingaddr) 有一个 bindaddr 参数, 它显式指定服务器要绑定的ip 地址, 该构造方法适用于具有多个ip 地址的主机. 假定一个主机有两个网卡, 一个网卡用于连接到 internet, ip为 222.67.5.94, 还有一个网卡用于连接到本地局域网, ip 地址为 192.168.3.4. 如果服务器仅仅被本地局域网中的客户访问, 那么可以按如下方式创建 serversocket:

serversocket serversocket = new serversocket(8000, 10, inetaddress.getbyname(“192.168.3.4”));

1.4 默认构造方法的作用

serversocket 有一个不带参数的默认构造方法. 通过该方法创建的 serversocket 不与任何端口绑定, 接下来还需要通过 bind() 方法与特定端口绑定.

这个默认构造方法的用途是, 允许服务器在绑定到特定端口之前, 先设置serversocket 的一些选项. 因为一旦服务器与特定端口绑定, 有些选项就不能再改变了.比如：so_reuseaddr 选项

在以下代码中, 先把 serversocket 的 so_reuseaddr 选项设为 true, 然后再把它与 8000 端口绑定:

serversocket serversocket = new serversocket();
serversocket.setreuseaddress(true); //设置 serversocket 的选项
serversocket.bind(new inetsocketaddress(8000));  //与8000端口绑定

如果把以上程序代码改为:

serversocket serversocket = new serversocket(8000);
serversocket.setreuseaddress(true);//设置 serversocket 的选项

那么 serversocket.setreuseaddress(true) 方法就不起任何作用了, 因为 so_reuseaddr 选项必须在服务器绑定端口之前设置才有效.

多线程示例

客户端：

import java.io.bufferedreader;
import java.io.ioexception;
import java.io.inputstream;
import java.io.inputstreamreader;
import java.io.outputstream;
import java.io.printwriter;
import java.net.socket;
import java.net.unknownhostexception;

/*
 * 客户端
 */
public class client {
    public static void main(string[] args) {
        try {
            //1.创建客户端socket，指定服务器地址和端口
            socket socket=new socket("localhost", 8888);
            //2.获取输出流，向服务器端发送信息
            outputstream os=socket.getoutputstream();//字节输出流
            printwriter pw=new printwriter(os);//将输出流包装为打印流
            pw.write("用户名：whf;密码：789");
            pw.flush();
            socket.shutdownoutput();//关闭输出流
            //3.获取输入流，并读取服务器端的响应信息
            inputstream is=socket.getinputstream();
            bufferedreader br=new bufferedreader(new inputstreamreader(is));
            string info=null;
            while((info=br.readline())!=null){
                system.out.println("我是客户端，服务器说："+info);
            }
            //4.关闭资源
            br.close();
            is.close();
            pw.close();
            os.close();
            socket.close();
        } catch (unknownhostexception e) {
            e.printstacktrace();
        } catch (ioexception e) {
            e.printstacktrace();
        }
    }
}

服务器：

import java.io.bufferedreader;
import java.io.ioexception;
import java.io.inputstream;
import java.io.inputstreamreader;
import java.io.outputstream;
import java.io.printwriter;
import java.net.inetaddress;
import java.net.serversocket;
import java.net.socket;

/*
 * 基于tcp协议的socket通信，实现用户登陆
 * 服务器端
 */
public class server {
    public static void main(string[] args) {
        try {
            //1.创建一个服务器端socket，即serversocket，指定绑定的端口，并监听此端口
            serversocket serversocket=new serversocket(8888);
            socket socket=null;
            //记录客户端的数量
            int count=0;
            system.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");
            //循环监听等待客户端的连接
            while(true){
                //调用accept()方法开始监听，等待客户端的连接
                socket=serversocket.accept();
                //创建一个新的线程
                serverthread serverthread=new serverthread(socket);
                //启动线程
                serverthread.start();

                count++;//统计客户端的数量
                system.out.println("客户端的数量："+count);
                inetaddress address=socket.getinetaddress();
                system.out.println("当前客户端的ip："+address.gethostaddress());
            }
        } catch (ioexception e) {
            e.printstacktrace();
        }
    }
}

服务器处理类：

import java.io.bufferedreader;
import java.io.ioexception;
import java.io.inputstream;
import java.io.inputstreamreader;
import java.io.outputstream;
import java.io.printwriter;
import java.net.socket;

/*
 * 服务器线程处理类
 */
public class serverthread extends thread {
    // 和本线程相关的socket
    socket socket = null;

    public serverthread(socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    //线程执行的操作，响应客户端的请求
    public void run(){
        inputstream is=null;
        inputstreamreader isr=null;
        bufferedreader br=null;
        outputstream os=null;
        printwriter pw=null;
        try {
            //获取输入流，并读取客户端信息
            is = socket.getinputstream();
            isr = new inputstreamreader(is);
            br = new bufferedreader(isr);
            string info=null;
            while((info=br.readline())!=null){//循环读取客户端的信息
                system.out.println("我是服务器，客户端说："+info);
            }
            socket.shutdowninput();//关闭输入流
            //获取输出流，响应客户端的请求
            os = socket.getoutputstream();
            pw = new printwriter(os);
            pw.write("欢迎您！");
            pw.flush();//调用flush()方法将缓冲输出
        } catch (ioexception e) {
            // todo auto-generated catch block
            e.printstacktrace();
        }finally{
            //关闭资源
            try {
                if(pw!=null)
                    pw.close();
                if(os!=null)
                    os.close();
                if(br!=null)
                    br.close();
                if(isr!=null)
                    isr.close();
                if(is!=null)
                    is.close();
                if(socket!=null)
                    socket.close();
            } catch (ioexception e) {
                e.printstacktrace();
            }
        }
    }
}

以上所述是小编给大家介绍的java基于tcp协议的socket通信，希望对大家有所帮助。在此也非常感谢大家对网站的支持！