一、Socket简单介绍
Socket通信作为Java网络通讯的基础内容，集中了异常、I/O流模式等众多知识点。学习Socket通信，既能够了解真正的网络通讯原理，也能够增强对I/O流模式的理解。
1）Socket通信分类
（一）基于TCP的Socket通信：使用流式套接字，提供可靠、面向连接的通信流。
（二）基于UDP的Socket通信：使用数据报套接字，定义一种无连接服务，数据之间通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠、无差错。
2）Socket概念理解
金山词霸中对Socket名词解释：插座、灯座、窝，引申到计算机科学称为"套接字"。至于为什么要翻译成"套接字"，可以参考：https://www.zhihu.com/question/21383903/answer/18347271z对Socket历史较为详细考证。
Socket曾经被翻译为"软插座"，表明此处说的插座不是实际生活中的那种插座（硬插座），而是在计算机领域抽象出来的接口。如果在客户端插座和服务器端插座之间连一条线（也就是数据交互的信道），那么客户端就能够与服务器端进行数据交互。
二、基于TCP的Socket通信理论基础
基于TCP/IP协议的网络编程，就是利用TCP/IP协议在客户端和服务器端之间建立通信链接来实现数据交换。 具体的编程实现步骤如下：
1）服务器端创建其提供服务的端口号，即服务器端中提供服务的应用程序接口名称。
服务器端ServerSocket： ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(int port, int backlog); ServerSocket作用是向操作系统注册相应协议服务，申请端口并监听这个端口是否有链接请求。其中port是端口号，backlog是服务器最多允许链接的客户端数。注册完成后，服务器分配此端口用于提供某一项进程服务。
2）服务器端（Server）和客户端(Client)都创建各自的Socket对象。
服务器端Socket: Socket socket = serverSocket.accept(); 服务器端创建一个socket对象用于等待客户端socket的链接（accept方法是创建一个阻塞队列，只有客户端socket申请链接到服务器后，服务器端socket才能收到消息） 。如果服务器端socket收到客户端的链接请求，那么经过"三次握手"过程，建立客户端与服务器端的连接。如果连接不成功，则抛出异常（详见模块三）。
客户端Socket： Socket socket = new Socket(String host, int port); 客户端创建按一个socket对象用于链接具体服务器host的具体服务端口port，用于获得服务器进程的相应服务。
经过三次握手后，一个Socket通路就建立起来。此时，服务器端和客户端就可以开始通讯了。
3）服务器端和客户端打开链接到Socket通路的I/O流，按照一定协议进行数据通信。
协议就是指发送与接受数据的编码格式（计算机网络中为：语义、同步）。简单说就是输入和输出的流必须匹配。
开启网络输入流：网络输入流指的是从socket通道进入计算机内存的流。 socket.getInputStream(); 返回值InputStream 输入字节流
开启网络输出流：网络输出流指的是从计算机内存走出到socket通道的流。 socket.getOutputStream(); 返回值OutputStream 输出字节流
为了通讯方便，往往将低级流包装成高级流进行服务端与客户端之间的交互。
4）通信完毕，关闭网络流
一般而言，服务器端的流失不用关闭的，当然在某些条件下（比如服务器需要维护）也是需要关闭的。而客户端一般都需要关闭。
三、Socket异常类
网络通讯中会遇到很多种错误，比如通讯中断、服务器维护拒绝访问等等。下面稍微总结一下Socket通讯中常见的异常类。
1）java.net.SocketTimeoutException套接字超时异常。常见原因：网络通路中断，链接超时；
2）java.net.UnknowHostException未知主机异常。常见原因：客户端绑定的服务器IP或主机名不存在；
3）java.net.BindException绑定异常。常见原因：端口被占用；
4）java.net.ConnectException连接异常。常见原因：服务器未启动，客户端申请服务；服务器拒绝服务，即服务器正在维护；
四、Java建立Socket通讯
1）服务器端与客户端建立连接
1 package day05;
2
3 import java.io.IOException;
4 import java.net.ServerSocket;
5 import java.net.Socket;
6
7 /**
8 * 服务器端
9 * @author forget406
10 *
11 */
12 public class Server {
13
14 private ServerSocket serverSocket;
15
16 /** 在操作系统中注册8000端口服务，并监听8000端口 */
17 public Server() {
18 try {
19 /* public ServerSocket(int port, int backlog)
20 * port表示端口号，backlog表示最多支持连接数 */
21 serverSocket = new ServerSocket(8000, 3);
22 } catch (IOException e) {
23 e.printStackTrace();
24 }
25 }
26
27 /** 与客户端交互 */
28 public void start() {
29 try {
30 System.out.println("等待用户链接...");
31 /* 创建Socket对象: public Socket accept()
32 * 等待客户端链接，直到客户端链接到此端口 */
33 Socket socket = serverSocket.accept();
34 System.out.println("链接成功，可以通讯！");
35 } catch (IOException e) {
36 // TODO Auto-generated catch block
37 e.printStackTrace();
38 }
39 }
40
41 public static void main(String[] args) {
42 Server server = new Server();
43 server.start();
44 }
45 }
46
47 ==============================================
48
49 package day05;
50
51 import java.io.IOException;
52 import java.net.Socket;
53 import java.net.UnknownHostException;
54
55 /**
56 * 客户端
57 * @author forget406
58 *
59 */
60 public class Client {
61
62 private Socket socket;
63
64 /** 申请与服务器端口连接 */
65 public Client() {
66 try {
67 /* 请求与服务器端口建立连接
68 * 并申请服务器8000端口的服务*/
69 socket = new Socket("localhost", 8000);
70 } catch (UnknownHostException e) {
71 e.printStackTrace();
72 } catch (IOException e) {
73 e.printStackTrace();
74 }
75 }
76
77 /** 与服务器交互 */
78 public void start() {
79
80 }
81
82 public static void main(String[] args) {
83 Client client = new Client();
84 client.start();
85 }
86 }
服务器端结果：
五、Java实现C/S模式Socket通讯
1）客户端向服务器端发送消息（单向通信）：服务器只能接受数据，客户端只能发送数据。这是由于socket绑定了从客户端到服务器的一条通信通路。
1 package day05;
2
3 import java.io.BufferedReader;
4 import java.io.IOException;
5 import java.io.InputStream;
6 import java.io.InputStreamReader;
7 import java.net.ServerSocket;
8 import java.net.Socket;
9
10 /**
11 * 服务器端
12 * @author forget406
13 *
14 */
15 public class Server {
16
17 private ServerSocket serverSocket;
18
19 /** 在操作系统中注册8000端口服务，并监听8000端口 */
20 public Server() {
21 try {
22 /* public ServerSocket(int port, int backlog)
23 * port表示端口号，backlog表示最多支持连接数 */
24 serverSocket = new ServerSocket(8000, 3);
25 } catch (IOException e) {
26 e.printStackTrace();
27 }
28 }
29
30 /** 与客户端单向交互 */
31 public void start() {
32 System.out.println("等待用户链接...");
33 try {
34 /* 创建Socket对象: public Socket accept()
35 * 等待客户端链接，直到客户端链接到此端口 */
36 Socket socket = serverSocket.accept();
37 System.out.println("用户链接成功，开始通讯！");
38
39 /* 服务器开始与客户端通讯 */
40 while(true) {
41 // 开启服务器socket端口到服务器内存的网路输入字节流
42 InputStream is
43 = socket.getInputStream();
44 // 在服务器内存中将网络字节流转换成字符流
45 InputStreamReader isr
46 = new InputStreamReader(
47 is, "UTF-8"
48 );
49 // 包装成按行读取字符流
50 BufferedReader br
51 = new BufferedReader(isr);
52
53 /* 中途网络可能断开
54 * 1)Windows的readLine会直接抛出异常
55 * 2)Linux的readLine则会返回null*/
56 String msg = null;
57 if((msg = br.readLine()) != null) {
58 System.out.println("客户端说：" +
59 msg
60 );
61 }
62
63 }
64
65 } catch (IOException e) {
66 System.out.println("链接失败");
67 e.printStackTrace();
68 }
69 }
70
71 public static void main(String[] args) {
72 Server server = new Server();
73 server.start();
74 }
75 }
76
77 ===========================================
78
79 package day05;
80
81 import java.io.IOException;
82 import java.io.OutputStream;
83 import java.io.OutputStreamWriter;
84 import java.io.PrintWriter;
85 import java.net.Socket;
86 import java.net.UnknownHostException;
87 import java.util.Scanner;
88
89 /**
90 * 客户端
91 * @author forget406
92 *
93 */
94 public class Client {
95
96 private Socket socket;
97
98 /** 申请与服务器端口连接 */
99 public Client() {
100 try {
101 /* 请求与服务器端口建立连接
102 * 并申请服务器8000端口的服务*/
103 socket = new Socket("localhost", 8000);
104 } catch (UnknownHostException e) {
105 e.printStackTrace();
106 } catch (IOException e) {
107 e.printStackTrace();
108 }
109 }
110
111 /** 与服务器单向交互 */
112 public void start() {
113 try {
114 // 开启客户端内存到客户端socket端口的网络输出流
115 OutputStream os
116 = socket.getOutputStream();
117 // 将客户端网络输出字节流包装成网络字符流
118 OutputStreamWriter osw
119 = new OutputStreamWriter(os, "UTF-8");
120 // 将输出字符流包装成字符打印流
121 PrintWriter pw
122 = new PrintWriter(osw, true);
123 // 来自键盘的标准输入字节流
124 Scanner sc = new Scanner(System.in);
125 while(true) {
126 // 打印来自键盘的字符串(字节数组)
127 pw.println(sc.nextLine());
128 }
129
130 } catch (IOException e) {
131 e.printStackTrace();
132 }
133 }
134
135 public static void main(String[] args) {
136 Client client = new Client();
137 client.start();
138 }
139 }
客户端输入：
服务器端结果：
2）客户端与服务器端双向通信：客户端与服务器交互，能够实现服务器对客户端的应答，这更像是P2P模式。此时，双方socket端口均绑定来回一对通信通路。
1 package day05;
2
3 import java.io.BufferedReader;
4 import java.io.IOException;
5 import java.io.InputStreamReader;
6 import java.io.OutputStreamWriter;
7 import java.io.PrintWriter;
8 import java.net.ServerSocket;
9 import java.net.Socket;
10 import java.util.Scanner;
11
12 /**
13 * 服务器端
14 * @author forget406
15 *
16 */
17 public class Server {
18
19 private ServerSocket serverSocket;
20
21 /** 在操作系统中注册8000端口服务，并监听8000端口 */
22 public Server() {
23 try {
24 /* public ServerSocket(int port, int backlog)
25 * port表示端口号，backlog表示最多支持连接数 */
26 serverSocket = new ServerSocket(8000, 3);
27 } catch (IOException e) {
28 e.printStackTrace();
29 }
30 }
31
32 /** 与客户端单向交互 */
33 @SuppressWarnings("resource")
34 public void start() {
35 System.out.println("等待用户链接...");
36 try {
37 /* 创建Socket对象: public Socket accept()
38 * 等待客户端链接，直到客户端链接到此端口 */
39 Socket socket = serverSocket.accept();
40 System.out.println("用户链接成功，开始通讯！");
41
42 /* 服务器接收客户端数据 */
43 InputStreamReader isr
44 = new InputStreamReader(
45 socket.getInputStream(),
46 "UTF-8"
47 );
48 BufferedReader br
49 = new BufferedReader(isr);
50 String msgReceive = null;
51 String msgSend = null;
52
53 /* 服务器向客户端发送数据 */
54 OutputStreamWriter osw
55 = new OutputStreamWriter(
56 socket.getOutputStream(),
57 "UTF-8"
58 );
59 PrintWriter pw
60 = new PrintWriter(osw, true);
61 Scanner sc = new Scanner(System.in);
62
63 while(true) {
64 if((msgReceive = br.readLine()) != null) {
65 System.out.println("客户端说：" + msgReceive);
66 }
67
68 if((msgSend = sc.nextLine()) != null) {
69 pw.println(msgSend);
70 }
71 }
72
73 } catch (IOException e) {
74 System.out.println("链接失败");
75 e.printStackTrace();
76 }
77 }
78
79 public static void main(String[] args) {
80 Server server = new Server();
81 server.start();
82 }
83 }
84
85 ============================================
86
87 package day05;
88
89 import java.io.BufferedReader;
90 import java.io.IOException;
91 import java.io.InputStreamReader;
92 import java.io.OutputStreamWriter;
93 import java.io.PrintWriter;
94 import java.net.Socket;
95 import java.net.UnknownHostException;
96 import java.util.Scanner;
97
98 /**
99 * 客户端
100 * @author forget406
101 *
102 */
103 public class Client {
104
105 private Socket socket;
106
107 /** 申请与服务器端口连接 */
108 public Client() {
109 try {
110 /* 请求与服务器端口建立连接
111 * 并申请服务器8000端口的服务*/
112 socket = new Socket("localhost", 8000);
113 } catch (UnknownHostException e) {
114 e.printStackTrace();
115 } catch (IOException e) {
116 e.printStackTrace();
117 }
118 }
119
120 /** 与服务器单向交互 */
121 @SuppressWarnings("resource")
122 public void start() {
123 try {
124 /* 客户端向服务器发送数据 */
125 OutputStreamWriter osw
126 = new OutputStreamWriter(
127 socket.getOutputStream(),
128 "UTF-8"
129 );
130 PrintWriter pw
131 = new PrintWriter(osw, true);
132 Scanner sc = new Scanner(System.in);
133
134 /* 客户端接收服务器数据 */
135 InputStreamReader isr
136 = new InputStreamReader(
137 socket.getInputStream(),
138 "UTF-8"
139 );
140 BufferedReader br
141 = new BufferedReader(isr);
142 String msgReceive = null;
143 String msgSend = null;
144
145 while(true) {
146 if((msgSend = sc.nextLine()) != null) {
147 pw.println(msgSend);
148 }
149 if((msgReceive = br.readLine()) != null) {
150 System.out.println("服务器说：" + msgReceive);
151 }
152 }
153
154 } catch (IOException e) {
155 System.out.println("链接失败！");
156 e.printStackTrace();
157 }
158 }
159
160
161 public static void main(String[] args) {
162 Client client = new Client();
163 client.start();
164
165 }
166 }
PS: 只是初步实现，有些bug没有改进。类似QQ的完善版本代码会在后续的文章中更新。
六、心得体会
上述代码实现的是C/S模型的简化版本，即P2P模式---客户端与服务器端一对一进行交互通信。事实上，服务器可以并行与多台客户机进行数据收发与交互，这需要运用到Java多线程的知识，这将会在后续文章中分析。
I/O流模式的选取原则：
1. 选择合适的节点流。在Socket网络编程中，节点流分别是socket.getInputStream和socket.getOutputStream，均为字节流。
1.1）选择合适方向的流。输入流socket.getInputStream、InputStreamReader、BufferedReader；输出流socket.getOutputStream、OutputStreamWriter、PrintWriter。
1.2）选择字节流和字符流。网络通信在实际通信线路中传递的是比特流（字节流）；而字符流只会出现在计算机内存中。
2. 选择合适的包装流。在选择I/O流时，节点流是必须的，而包装流则是可选的；节点流类型只能存在一种，而包装流则能存在多种（注意区分：是一种或一对，而不是一个）。
2.1）选择符合功能要求的流。如果需要读写格式化数据，选择DataInputStream/DataOutputStream；而BufferedReader/BufferedWriter则提供缓冲区功能，能够提高格式化读写的效率。
2.2）选择合适方向的包装流。基本与节点流一致。当选择了多个包装流后，可以使用流之间的多层嵌套功能，不过流的嵌套在物理实现上是组合关系，因此彼此之间没有顺序。