面向字节流编程-TCP协议

前言：

在网络编程-002节中已经介绍了有关传输层TCP协议的基本知识，本节不再介绍有关TCP协议的基础内容，主要讲TCP协议的重点API及其使用方法，通过案例的形式完善。

序列：网络编程 - 004

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1.TCP协议API

1.1TCP编程原理

对于TCP协议来说，具有有连接、可靠传输、面向字节流的特征。TCP的socket api和 UDP的socket api差异很大~~但是和前面讲的文件操作，有密切联系。

ServerSocket（给服务器使用的类，使用这个类来绑定端口号），Socket（既会给服务器用,又会给客户端用）。

TCP协议是字节流的，传输的基本单位是byte。

1.2ServerSocket类

Serversocket类是创建TCP服务端Socket的标椎API。

（1）ServerSocket构造方法

构造方法如下：

构造方法	方法说明
ServerSocket(int port)	创建一个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端口

（2）ServerSocket普通方法

普通方法如下：

方法	方法说明
Socket accept()	开始监听指定端口(创建时绑定的端口)，有客户端连接后，返回一个服务端Socket对象，并基于该Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待
void close()	关闭此套接字

1.3Socket类

 Socket是客户端Socket，或服务端中接收到客户端建立连接(accept方法)的请求后，返回的服务端Socket。

不管是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接以后，保存的对端信息，及用来与对方收发数据的。

（1）Socket构造方法

构造方法如下：

构造方法	方法说明
Socket(String host , int port)	创建一个客户端流套接字Socket，并与对应IP的主机上，对应端口的进程建立连接

（2）Socket普通方法

普通方法如下：

方法	方法说明
InetAddress getinetAddress()	返回套接字所连接的地址
InputStream getinputStream()	返回此套接字的输入流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

2.代码案例

2.1服务器端

代码如下：

public class TcpEchoServer {//服务器
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        while (true) {
            // 通过 accept 方法, 把内核中已经建立好的连接拿到应用程序中.
            // 建立连接的细节流程都是内核自动完成的. 应用程序只需要 "捡现成" 的.
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            // 此处不应该直接调用 processConnection, 会导致服务器不能处理多个客户端.
            // 创建新的线程来调用更合理的做法.
            // 这种做法可行, 不够好
//            Thread t = new Thread(() -> {
//                processConnection(clientSocket);
//            });
//            t.start();

            // 更好一点的办法, 是使用线程池.
            service.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    processConnection(clientSocket);
                }
            });
        }
    }
    // 通过这个方法, 来处理当前的连接.
    public void processConnection(Socket clientSocket) {
        // 进入方法, 先打印一个日志, 表示当前有客户端连上了.
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线!\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
        // 接下来进行数据的交互.
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            // 使用 try ( ) 方式, 避免后续用完了流对象, 忘记关闭.
            // 由于客户端发来的数据, 可能是 "多条数据", 针对多条数据, 就循环的处理.
            while (true) {
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                if (!scanner.hasNext()) {
                    // 连接断开了. 此时循环就应该结束
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                // 1. 读取请求并解析. 此处就以 next 来作为读取请求的方式. next 的规则是, 读到 "空白符" 就返回.
                String request = scanner.next();
                // 2. 根据请求, 计算响应.
                String response = process(request);
                // 3. 把响应写回到客户端.
                //    可以把 String 转成字节数组, 写入到 OutputStream
                //    也可以使用 PrintWriter 把 OutputStream 包裹一下, 来写入字符串.
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                //    此处的 println 不是打印到控制台了, 而是写入到 outputStream 对应的流对象中, 也就是写入到 clientSocket 里面.
                //    自然这个数据也就通过网络发送出去了. (发给当前这个连接的另外一端)
                //    此处使用 println 带有 \n 也是为了后续 客户端这边 可以使用 scanner.next 来读取数据.
                printWriter.println(response);
                //    此处还要记得有个操作, 刷新缓冲区. 如果没有刷新操作, 可能数据仍然是在内存中, 没有被写入网卡.
                printWriter.flush();
                // 4. 打印一下这次请求交互过程的内容
                System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(),
                        request, response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                // 在这个地方, 进行 clientSocket 的关闭.
                // processConnection 就是在处理一个连接. 这个方法执行完毕, 这个连接也就处理完了.
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public String process(String request) {
        // 此处也是写的回显服务器. 响应和请求是一样的.
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

2.2客户端

代码如下：

public class TcpEchoClient {
    private Socket socket = null;

    public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
        // 需要在创建 Socket 的同时, 和服务器 "建立连接", 此时就得告诉 Socket 服务器在哪里~~
        // 具体建立连接的细节, 不需要咱们代码手动干预. 是内核自动负责的.
        // 当我们 new 这个对象的时候, 操作系统内核, 就开始进行 三次握手 具体细节, 完成建立连接的过程了.
        socket = new Socket(serverIp, serverPort);
    }

    public void start() {
        // tcp 的客户端行为和 udp 的客户端差不多.
        // 都是:
        // 3. 从服务器读取响应.
        // 4. 把响应显示到界面上.
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
            Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);
            while (true) {
                // 1. 从控制台读取用户输入的内容
                System.out.print("-> ");
                String request = scanner.next();
                // 2. 把字符串作为请求, 发送给服务器
                //    这里使用 println, 是为了让请求后面带上换行.
                //    也就是和服务器读取请求, scanner.next 呼应
                writer.println(request);
                writer.flush();
                // 3. 读取服务器返回的响应.
                String response = scannerNetwork.next();
                // 4. 在界面上显示内容了.
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

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

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以上便是对传输层的TCP协议API介绍，并举例说明了TCP协议的具体用法。