Java 通过实现简单的TCP通信程序来理解TCP通信

概述

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端(Client)与服务端(Server)。

两端通信的步骤

1. 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
2. 客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序：

1. 客户端：java.net.Socket类表示。创建Socket对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
2. 服务端：java.net.ServerSocket类表示。创建ServerSocket对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

 如下图：

客户端1和服务端进行一个通讯的交互①②③④，需要四个IO流对象，客户端2也是如此。那么两个客户端都和同一个服务端进行交互，服务端怎么区分呢？在服务器端有一个accept方法，可以获取到请求的客户端对象。

多个客户端同时和服务器进行交互，就需要使用多个IO流对象。服务器是没有IO流的，服务器可以获取到请求的客户端Socket对象t，使用每个客户端Socket中提供的IO流和客户端进行交互。服务器使用客户端的字节输入流读取客户端发送的数据，使用客户端的字节输出流给客户端回写数据。简单的说，就是服务器使用客户端的流和客户端交互。

Socket类

Socket类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

构造方法

public Socket(String host, int port)
// 创建套接字对象（两台设备之间通讯的端点对象）并将其连接到指定主机上的指定端
// 口号。如果指定的host是null，则相当于指定地址为回送地址。

1. 套接字：包含了IP地址（host）和端口号（port）的网络单位。
   
   
2. 回送地址：回送地址(127.x.x.x)是本机回送地址(Loopback Address)，主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

成员方法

OutputStream getOutputStream()
// 返回此套接字的输出流。

InputStream getInputStream()
// 返回此套接字的输入流

void close()
// 关闭此套接字。

举例

使用Java程序，进行客户端和服务端之间的通信。

TCP通讯的客户端

向服务器发送连接请求，给服务器发送数据，读取服务器回写的数据。

实现步骤：

1.创建一个客户端对象Socket，构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号。

2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()，获取网络字节输出流OutputStream对象。

3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write，给服务器发送数据。

4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象。

5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read，读取服务器回写的数据。

6.释放资源(Socket)。

注意：

1.客户端和服务器端进行交互，必须使用Socket中提供的网络流，不能使用自己创建的流对象。

2.当我们创建客户端对象Socket的时候，就会去请求服务器和服务器经过3次握手建立连接通路。
这时如果服务器没有启动，那么就会抛出异常（ConnectException: Connection refused: connect）。
如果服务器已经启动，那么就可以进行交互了。

客户端代码实现：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class TcpClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        method();
    }

    private static void method() throws IOException {
        // 创建一个客户端对象Socket，构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号。
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        // 使用Socket对象中的方法getOutputStream()，获取网络字节输出流OutputStream对象。
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

        // 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write，给服务器发送数据。
        outputStream.write("你好吖！服务器。".getBytes());

        // 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象。
        InputStream  inputStream = socket.getInputStream();

        // 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read，读取服务器回写的数据。
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes, 0, len));

        // 释放资源(Socket)。
        socket.close();
    }
}

完成了客户端代码的编写后，先了解一下ServerSocket类，然后编写服务端Java代码。 

ServerSocket类

ServerSocket类：此类现服务器套接字。服务器等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。

构造方法

ServerSocket(int port)
// 创建绑定到特定端口的服务器套接字。

成员方法

Socket accept()
// 侦听并接受到此套接字的连接。

服务器端必须明确一件事情，必须的知道是哪个客户端请求的服务器，所以可以使用accept方法获取到请求的客户端对象Socket。

举例

接收客户端的请求，读取客户端发送的数据，给客户端回写数据。

TCP通信的服务端

实现步骤：

1.创建服务器ServerSocket对象，对象中传递系统要指定的端口号。

2.使用ServerSocket对象中的方法accept，获取到请求的客户端对象Socket。

3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象。

4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read，读取客户端发送的数据。

5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象。

6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write，给客户端回写数据。

7.释放资源（Socket，ServerSocket）。

服务端代码实现：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TcpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        method();
    }

    private static void method() throws IOException {
        // 创建服务器ServerSocket对象，对象中传递系统要指定的端口号。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);

        // 使用ServerSocket对象中的方法accept，获取到请求的客户端对象Socket。
        Socket socket = serverSocket.accept();

        // 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象。
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

        // 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read，读取客户端发送的数据。
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes, 0, len));

        // 使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象。
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

        // 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write，给客户端回写数据。
        outputStream.write("收到，谢谢！".getBytes());

        // 释放资源（Socket，ServerSocket）。
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客户端程序和服务端程序都已经编写完成，先运行服务端程序，然后再运行客户端程序。

客户端程序：控制台输出（收到来自服务端回写的数据）

收到，谢谢您！客户端。

服务端程序：控制台输出（接收到客户端发来的请求数据）

你好吖！服务器。

输出截图如下：

客户端程序和服务端程序对比（4K图，可放大）：

代码实现步骤：

1. 第一步

   服务器端：
   
   // 创建服务器ServerSocket对象，对象中传递系统要指定的端口号。
   ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
   
   // 使用ServerSocket对象中的方法accept，获取到请求的客户端对象Socket。
   Socket socket = serverSocket.accept();

2. 第二步

   客户端：
   
   // 创建一个客户端对象Socket，构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号。
   Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
   
   // 使用Socket对象中的方法getOutputStream()，获取网络字节输出流OutputStream对象。
   OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
   
   // 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write，给服务器发送数据。
   outputStream.write("你好吖！服务器。".getBytes());

3. 第三步

   服务器端：
   
   // 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象。
   InputStream inputStream = socket.getInputStream();
   
   // 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read，读取客户端发送的数据。
   byte[] bytes = new byte[1024];
   int len = inputStream.read(bytes);
   System.out.println(new String(bytes, 0, len));
   
   // 使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象。
   OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
   
   // 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write，给客户端回写数据。
   outputStream.write("收到，谢谢您！客户端。".getBytes());

4. 第四步

   客户端：
   
   // 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象。
   InputStream  inputStream = socket.getInputStream();
   
   // 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read，读取服务器回写的数据。
   byte[] bytes = new byte[1024];
   int len = inputStream.read(bytes);
   System.out.println(new String(bytes, 0, len));

5. 第五步

   客户端：
   
   // 释放资源(Socket)。
   socket.close();

6. 第六步

   服务器端：
   
   // 释放资源（Socket，ServerSocket）。
   socket.close();
   serverSocket.close();