java网络编程基础——TCP网络编程一

基于TCP协议的网络编程

TCP/IP协议是一种可靠的网络协议，它的通信的两端各自建立一个Socket,从而在通信的两端之间形成网络虚拟链路。

Java使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信。

1、ServerSocket 

java中能接收其他通信实体连接请求的类是ServerSocket,他会监听来自客户端Socket连接，如果没有连接，它将一直处于等待状态。

ServerSocket常用方法:

Socket accept():如果接收到客户端Socket的连接请求，返回一个与客户端Socket对应的Socket(每个TCP连接有两个Socket),否则一直处于等待状态，线程被阻塞。

ServerSocket构造器:

ServerSocket(int port):指定端口创建ServerSocket.

ServerSocket(int port ,int backlog):增加一个用来改变连接队列长度的参数backlog.

ServerSocket(int port ,int backlog ,InetAddress localAddr):机器有多IP时候，可以指定IP创建ServerSocket.

2、使用Socket进行通信

客户端可以使用Socket的构造器连接到指定服务器，Socket有两个构造器：

Socket(InetAddress/String remoteAddress,int port):创建连接到指定远程主机、远程端口的Socket,该构造器没有指定本地地址、本地端口，默认使用本机默认ip,默认使用系统动态分配的端口。

Socket(InetAddress/String remoteAddress,int port,InetAddress localAddr,int localPort):穿件Socket带有本地IP和port

package net;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
 
public class SocketServer {
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //定义服务端口号
        int port = 7000;
        //获取ServerSocket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        while(true) {
            //监听来自客户端的连接
            Socket socket =serverSocket.accept();
            PrintStream pis = new PrintStream(socket.getOutputStream());
            pis.print("Hi:来自服务端的问候");
            pis.close();
            socket.close();
        }
                 
    }
}
 
package net;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
public class SocketClient {
 
    public static void main(String[] args)  {
         
        //定义客户端端口
        int port = 7000;
        //获取Socket
        Socket socket = null;
        BufferedReader br = null;
        try {
            socket = new Socket("localhost",port);
            //设置10s超时
            socket.setSoTimeout(10000);
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            //获取数据
            System.out.println(br.readLine());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                br.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
         
         
         
         
         
    }
}

3、加入多线程

上面程序只是简单的实现了Server和Client的简单通信：服务器接收到客户端的连接后想客户端发送了一个字符串，客户端读取字符串后就退出了。

实际应用中客户端可能需要跟服务器保持长时间通信，在使用传统的BufferReader的readLine方法读取数据时，在该方法返回成功之前，线程被阻塞，考虑到此点，所以服务器端应该为每个Socket单独启动一个线程，负责与客户端通信。

下面程序实现了命令行聊天大厅功能（参考疯狂java讲义）

服务端：

package chatServer;
 
/**
 * 协议字符
 * @author rdb
 *
 */
public interface ChatProtocol {
 
    //协议字符串长度
    int PROTOCOL_LEN = 2;
    //公发前后端字符
    String MSG_ROUND = "☾△";
    //用户前后字符
    String USER_ROUND = "△▽";
    //登录成功表示
    String LOGIN_SUCCESS = "1";
    //用户重复标识
    String NAME_REP = "-1" ;
    //私发用户标识
    String PRIVATE_ROUND = "◆◆" ;
     
    String SPLIT_SIGN = "◆" ;
}
 
package chatServer;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
/**
 * 
 * ChaMap:保存用户和对应的输出流，一一对应，不允许出现value重复
 * @author rdb
 * @param <K>
 * @param <V>
 */
public class ChatMap<K,V> {
 
    //创建一个线程安全的HashMap
    public Map<K,V> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
     
    //获取value的set集合
    public synchronized Set<V> valueSet(){
        Set<V> set = new HashSet<>();
        map.forEach((key,value) -> set.add(value));
        return set ;
    }
     
    //实现put方法，不允许出现重复value
    public synchronized  V put(K key,V value) {
        for(V v : valueSet()) {
            if(v.equals(value) && v.hashCode() == value.hashCode()) {
                throw new RuntimeException("ChatMap中不允许有重复value");
            }
        }
        return map.put(key, value);
    }
     
    //根据value查找key
    public synchronized K getKeyByValue(V value) {
        for(K k : map.keySet()) {
            if(map.get(k) == value && map.get(k).equals(value)) {
                return k;
            }
        }
        return null;
    }
     
    //根据value删除
    public synchronized void removeByValue(V value){
        for(K k : map.keySet()) {
            if(map.get(k) ==  value) {
                map.remove(k);
                break;
            }
        }
    }
}
 
package chatServer;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class ChatServer {
 
    private static final int SERVER_PORT = 30000 ;
    //用户保存客户端用户和对应socket输出流
    public static ChatMap<String, PrintStream> chatMap = new ChatMap<>();
     
    public void init() {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(SERVER_PORT);
            while(true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("******");
                //启动对应的线程处理对应的客户端
                new Thread(new ServerThread(socket)).start();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
     
    public static void main(String[] args) {
        ChatServer chatServer = new ChatServer();
        chatServer.init();
    }
}
 
package chatServer;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
public class ServerThread implements Runnable {
 
    private Socket socket = null;
    private BufferedReader br = null;
    private PrintStream ps = null;
 
    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            // 获取socket对应的输入流
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            // 获取socket对应的输出流
            ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
            // 获取客户端的消息
            String line = null;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                // 判断信息类型
                // 用户登录
                if (line.startsWith(ChatProtocol.USER_ROUND) && 
                line.endsWith(ChatProtocol.USER_ROUND)) {
                    String userName = getRealMsg(line);
                    // 如果包含该用户，返回重复登录
                    if (ChatServer.chatMap.map.containsKey(userName)) {
                        System.out.println("重复");
                        ps.println(ChatProtocol.NAME_REP);
                    } else {
                        System.out.println("成功");
                        ps.println(ChatProtocol.LOGIN_SUCCESS);
                        ChatServer.chatMap.put(userName, ps);
                    }
                }
                // 私聊
                else if (line.startsWith(ChatProtocol.PRIVATE_ROUND) && 
                line.endsWith(ChatProtocol.PRIVATE_ROUND)) {
                    String userAndMsg = getRealMsg(line);
                    // 私聊时 SPLIT_SIGN前是私聊对象，后面是私聊信息
                    String user = userAndMsg.split(ChatProtocol.SPLIT_SIGN)[0];
                    String msg = userAndMsg.split(ChatProtocol.SPLIT_SIGN)[1];
                    // 向对应的客户端发送消息
                    ChatServer.chatMap.map.get(user).
                    println(ChatServer.chatMap.getKeyByValue(ps) + "悄悄的对你说：" + msg);
                }
                // 公聊
                else {
                    String msg = getRealMsg(line);
                    // 向每个用户发送消息
                    ChatServer.chatMap.map.forEach((key, value) -> 
                    value.println(ChatServer.chatMap.getKeyByValue(ps) + "说：" + msg));
                }
            }
        }
        // 捕获到异常表示对应的Socket的客户端出现问题，在map中移除该客户端信息
        catch (IOException e) {
            ChatServer.chatMap.removeByValue(ps);
            System.out.println(ChatServer.chatMap.map.size());
            // 关闭相关资源
            try {
                if (br != null) {
                    br.close();
                }
                if (ps != null) {
                    ps.close();
                }
                if (socket != null) {
                    socket.close();
                }
            } catch (IOException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        }
    }
 
    private String getRealMsg(String msg) {
        return msg.substring(ChatProtocol.PROTOCOL_LEN, msg.length() - ChatProtocol.PROTOCOL_LEN);
    }
 
}

客户端：

package charClient;
 
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
 
import javax.swing.JOptionPane;
 
/**
 * 客户端
 * @author rdb
 *
 */
public class ChatClient {
 
    private static final int SERVER_PORT = 30000;
    private static final String SERVER_IP = "127.0.0.1";
    private Socket socket = null ;
    private BufferedReader br = null;
    private PrintStream ps = null ;
    //键盘输入
    private BufferedReader keyIn = null ;
     
    public void init() {
        try {
            socket = new Socket(SERVER_IP,SERVER_PORT);
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
            keyIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
             
            String tip = "";
            //要求输入用户名登录
            while(true) {
                String userName =JOptionPane.showInputDialog(tip + "输入用户名");
                //将用户名发送到服务器
                ps.println(ChatProtocol.USER_ROUND + userName + ChatProtocol.USER_ROUND);
                //获取服务器返回的消息
                String result = br.readLine();
                if(result.equals(ChatProtocol.NAME_REP)) {
                    System.out.println("用户名重复，请重试");
                    continue;
                }
                if(result.equals(ChatProtocol.LOGIN_SUCCESS)) {
                    break ;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("网络异常，请重新登录");
            closeRs();
            System.exit(1);
        }
        //启动对应socket的读取服务器消息的线程
        new Thread(new ClientThread(br)).start();
         
        String line = null;
        try {
            while((line = keyIn.readLine()) != null) {
                //如果发送信息中有:号，且以//开头，则认为是发送私聊信息://张三:你最近怎么样
                if(line.indexOf(":") >0 && line.startsWith("||")) {
                    line = line.substring(2);
                    System.out.println(ChatProtocol.PRIVATE_ROUND+line.split(":")[0]
                    +ChatProtocol.SPLIT_SIGN+line.split(":")[1]+ChatProtocol.PRIVATE_ROUND);
                    ps.println(ChatProtocol.PRIVATE_ROUND+line.split(":")[0]
                    +ChatProtocol.SPLIT_SIGN+line.split(":")[1]+ChatProtocol.PRIVATE_ROUND);
                }else {
                    ps.println(ChatProtocol.MSG_ROUND + line + ChatProtocol.MSG_ROUND);
                }
                 
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("网络异常，请重新登录");
            closeRs();
            System.exit(1);
        }
         
    }
     
    private void closeRs() {
        try {
            if(br != null) {
                br.close();
            }
            if(ps != null) {
                ps.close();
            }
            if(socket != null) {
                socket.close();
            }
            if(keyIn != null) {
                keyIn.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
     
    public static void main(String[] args) {
        ChatClient chatClient = new ChatClient();
        chatClient.init();
    }
}
 
package charClient;
 
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
 
public class ClientThread implements Runnable{
    private BufferedReader br = null;
    public ClientThread(BufferedReader br)  {
        this.br = br ;  
    }
    @Override
    public void run() {
        String line = null;
        try {
            while((line = br.readLine()) != null){
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                if(br != null) {
                    br.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
 
 
package charClient;
 
/**
 * 协议字符
 * @author rdb
 *
 */
public interface ChatProtocol {
 
    //协议字符串长度
    int PROTOCOL_LEN = 2;
    //公发前后端字符
    String MSG_ROUND = "☾△";
    //用户前后字符
    String USER_ROUND = "△▽";
    //登录成功表示
    String LOGIN_SUCCESS = "1";
    //用户重复标识
    String NAME_REP = "-1" ;
    //私发用户标识
    String PRIVATE_ROUND = "◆◆" ;
     
    String SPLIT_SIGN = "◆" ;
}