Java基础23 Socket手撸应用服务器

程序员文章站 2022-03-21 08:08:49

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为热爱编程的你点赞！
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前言

本文带大家了解TCP协议概念，实现Socket的基本通信，文件上传，最后会用Socket实现模拟的服务器。

TCP协议

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。

TCP协议的特点：

基于字节流
面向连接
可靠
支持点对点通信

三次握手和四次挥手

TCP协议的可靠性主要基于三次握手和四次挥手机制
三次握手：
Java基础23 Socket手撸应用服务器

第一次握手：客户端发送标志位SYN=1和随机值seq=J给服务器，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确定
第二次握手：服务端收到SYN=1后，将标志位SYN和ACK都置为1，ack设置为J+1，产生随机值seq=K发送给客户端，服务器状态为SYN_RCVD
第三次握手：客户端收到后检查如果ACK为1，ack为J+1，就将ACK标志位设置为1，ack设置为k+1发送给服务器，服务器检查ACK为1，ack为K+1则连接成功建立，客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态，开始通信

简单来说：类似某男追某女

第一次见面，某男给某女发消息：XX，做我女朋友吧，这是我给你的礼物
第二次见面，某女说：XX，我收到你的消息和礼物了，你要对人家负责啊，也给你个礼物
第三次见面，某男说：XX，我收到你的礼物了，太好了，我会对你负责的。

四次挥手：
Java基础23 Socket手撸应用服务器

第一次挥手：客户端发送FIN=M给服务器，客户端进入FIN_WAIT_1状态
第二次挥手：服务器收到FIN=M后，发送ack=M+1给客户端，服务端进入CLOSE_WAIT状态
第三次挥手：服务器发送FIN=N给客户端，服务端进入LAST_ACK状态
第四次挥手：客户端收到FIN=N后进入TIME_WAIT状态，发送标志位ACK=1，确认序号ack=K+1，服务器收到后进入CLOSED状态，连接关闭。

简单来说：类似某男和某女分手

第一次挥手，某男给某女发消息：XX，我们不合适，分手吧
第二次挥手，某女说：XX，我知道了，你是个渣男，我早就想和你分手了，等着我去收拾东西
第三次挥手，某女说：XX，东西我收拾好了，拜拜吧
第三次挥手，某男说：XX，知道了，我们再也不见！

TCP/UDP

TCP和UDP同属于传输层协议，对比TCP和UDP：

	UDP	TCP
是否连接	无连接	面向连接
是否可靠	不可靠传输	可靠传输
连接个数	支持一对一，一对多，多对多通信	只能是一对一通信
传输方式	面向报文	面向字节流
适用场景	适用于实时应用（IP电话、视频会议、直播等）	适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输

Socket编程

Socket基于TCP/IP协议，用于客户端和服务器端通信。

Socket

网络套接字，用于连接另一台计算机

创建方法：

new Socket("IP地址",端口号)

注意：一旦创建了Socket对象，就自动连接对方计算机

常用方法：

getInputStream() 获得输入流，读取对方发来的数据
getOutputStream() 获得输出流，给对方发数据
close() 关闭

注意：一旦输入流或输出流关闭，Socket连接会自动关闭。

ServerSocket

服务器端Socket，Socket的子类，用于接受客户端并和客户端通信

创建：

new ServerSocket(端口号)

注意：一旦创建ServerSocket对象，会不断侦听该端口，判断是否有客户端连接

主要方法：

Socket accept() 用于获得连接过来的客户端Socket对象

服务器端和客户端的通信

服务器端实现步骤：

创建ServerSocket对象
循环调用accept方法获得连接
调用Socket对象的IO流来读取、发送数据。

public class Server {

	public static final int PORT = 8888;

	public void start(){
    	System.out.println("启动服务器。。。");
		//创建ServerSocket对象
		try {
			ServerSocket server = new ServerSocket(PORT);
			//循环获得客户端连接
			while(true){
				Socket client = server.accept();
				System.out.println(client.getInetAddress()+"连接了");
				//获得客户端的输入流和输出流
				try(DataInputStream dis = new DataInputStream(client.getInputStream());
					DataOutputStream dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream())){
					//读取客户端的消息
					System.out.println("客户端"+client.getInetAddress()+"说："+dis.readUTF());
					//给客户端发消息
					dos.writeUTF("我是服务器端，客户端你好啊~~~~~~~~~~~~~~~~");
				}catch(IOException ex){
					ex.printStackTrace();
				}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}


	public static void main(String[] args) {
		new Server().start();
	}
}

客户端实现步骤：

创建Socket对象
调用Socket对象的getInputStream来读取数据。
调用Socket对象的getOutputStream来发送数据。

public class Client {

	public void sendMessage(String ip,int port,String msg){
		//创建Socket对象，连接服务器端
		try {
			Socket socket = new Socket(ip,port);
			//获得输出流和输入流
			try(DataOutputStream dos = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
					DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream())){
				//发送数据给服务器端
				dos.writeUTF(msg);
				//读取服务器端的消息
				System.out.println("服务器端说:"+dis.readUTF());
			}catch(Exception ex){
				ex.printStackTrace();
			}
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} 
	}

	public static void main(String[] args) {
		new Client().sendMessage("192.168.53.5", 8888, 
				"你好！！！服务器端");
	}
}

Socket实现文件上传

文件的上传的步骤

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服务器端：

创建ServerSocket
调用accept获得客户端Socket
定义字节数组
创建文件输出流，获得客户端输入流
循环读取输入流的字节，写入到文件输出流

客户端：

创建Socket
获得socket对象输出流
创建文件输入流
循环读取文件输入流字节，写入到输出流

public class FileServer {

	public static final int PORT = 8888;
	public static final String DIR = "C:\\upload\\";
	
	public void start(){
		System.out.println("start...");
		//创建服务器端对象
		try (ServerSocket server = new ServerSocket(PORT);){
			//调用accept接受客户端连接
			while(true){
				Socket socket = server.accept();
				//创建文件输出流和网络输入流
				try(ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(
								socket.getInputStream());
						//读取客户端发来的文件名,创建文件输出流
						OutputStream out = 
								new FileOutputStream(DIR+in.readUTF());){
					//从网络中读取数据，写入到本地磁盘
					int len = 0;
					byte[] buffer = new byte[1024];
					while((len = in.read(buffer)) != -1){
						out.write(buffer, 0, len);
					}
					System.out.println("服务器保存完毕");
				}catch(IOException ex){
					ex.printStackTrace();
				}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		new FileServer().start();
	}
}

public class FileClient {

	/**
	 * 发送文件
	 */

	public void sendFile(String ip,int port,String path){
		File file = new File(path);
		//创建连接,创建文件输入流，网络输出流
		try(Socket socket = new Socket(ip,port);
				InputStream in = new FileInputStream(path);
					ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
							socket.getOutputStream())){
			//先发送文件名给服务器
			out.writeUTF(file.getName());
			out.flush();
			//读取本地文件数据，写入到网络输出流中
			int len = 0;
			byte[] buffer = new byte[1024];
			while((len = in.read(buffer)) != -1){
				out.write(buffer, 0, len);
			}
			System.out.println("客户端发送完毕");
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		new FileClient().sendFile("127.0.0.1", 8888, 
					"D:\\java_code\\Test10.java");
	}
}

Socket实现模拟服务器

Java基础23 Socket手撸应用服务器

HTML服务器的简单工作原理：

用户在浏览器输入URL地址
浏览器发送请求给服务器
服务器从请求头中解析信息：请求方法、URL等
从URL中解析到资源名称，就到服务器上查找HTML文件
服务器发送响应状态给浏览器
服务器发送响应头给浏览器
服务器开始发送HTML文件的内容
浏览器接收到HTML内容渲染出来

/**
 * 模拟服务器
 */
public class MyTomcat {

	private static final int PORT = 8888;
	private static final String WEB_DIR = "D:/webapps";
	
	public void start(){
		//创建服务端Socket
		try(ServerSocket server = new ServerSocket(PORT)){
			System.out.println("服务器启动了。。。。");
			while(true){
				//接受客户端连接
				Socket client = server.accept();
				//读取浏览器的请求
				service(client);
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	//服务客户端
	public void service(Socket client){
		//获得客户端的输入流和输出流
		try(BufferedReader reader = new BufferedReader(
				new InputStreamReader(client.getInputStream()));
			BufferedOutputStream writer = new BufferedOutputStream(
					client.getOutputStream())){
			//读取客户端的请求信息
			String request = reader.readLine();
			if(request == null){
				return;
			}
			System.out.println(request);
			//将请求进行分割
			String[] requests = request.split("\\ ");
			if(requests.length < 2){
				return;
			}
			//通过请求头中的路径查找文件
			String path = requests[1];
			File file = new File(WEB_DIR+path);
			if(!file.exists()){
				//如果不存在，就发送404错误
				writer.write("HTTP/1.1 404 NOT FOUND\r\n".getBytes());
			}else{
				//如果存在，就发送200
				writer.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
				//读取本地HTML文件的内容
				BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file));
				StringBuilder strb = new StringBuilder();
				String line = null;
				while((line = br.readLine()) != null){
					strb.append(line);
				}
				br.close();
				String html = strb.toString();
				System.out.println("html-->"+html);
				//发送响应头给客户端
				String header = "Content-Type:text/html;charset=utf-8\r\n"
						+ "Content-Length:"+html.getBytes("UTF-8").length+"\r\n";
				writer.write(header.getBytes());
				//正文和响应头之间发送分割符号
				writer.write(new byte[]{10,13},0,2);
				//发送正文
				writer.write(html.getBytes("UTF-8"));
				System.out.println("发送完毕！");
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		MyTomcat myTomcat = new MyTomcat();
		myTomcat.start();
	}
}

在D:/webapps下添加hello.html文件，启动服务器
在浏览器输入测试：http://localhost:8888/hello.html
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结束

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前言

TCP协议

三次握手和四次挥手

TCP/UDP

Socket编程

Socket

ServerSocket

服务器端和客户端的通信

Socket实现文件上传

Socket实现模拟服务器

结束

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