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  • Java开发笔记(一百一十四)利用Socket传输文本消息

    前面介绍了HTTP协议的网络通信,包括接口调用、文件下载和文件上传,这些功能固然已经覆盖了常见的联网操作,可是HTTP协议拥有专门的通信规则,这些规则一方面有利于维持正常的数据交互,另一方面不可避免地缺少灵活性,比如下列条条框框就难以逾越:
    1、HTTP连接属于短连接,每次访问操作结束之后,客户端便会关闭本次连接。下次还想访问接口的话,就得重新建立连接,要是频繁发生数据交互的话,反复的连接和断开将造成大量的资源消耗。
    2、在HTTP连接中,服务端总是被动接收消息,无法主动向客户端推送消息。倘若客户端不去请求服务端,服务端就没法发送即时消息。
    3、每次HTTP调用都属于客户端与服务端之间的一对一交互,完全与第三者无关(比如另一个客户端),这种技术手段无法满足类似QQ聊天那种群发消息的要求。
    4、HTTP连接需要搭建专门的HTTP服务器,这样的服务端比较重,不适合两个设备终端之间的简单信息传输。
    诚然HTTP协议做不到如此灵活多变的地步,势必要在更基础的层次去实现变化多端的场景。在Java编程中,网络通信的基本操作单元其实是套接字Socket,它本身不是什么协议,而是一种支持TCP/IP协议的通信接口。创建Socket连接的时候,允许指定当前的传输层协议,当Socket连接的双方握手确认连上之后,此时采用的是TCP协议;当Socket连接的双方未确认连上就自顾自地发送数据,此时采用的是UDP协议。在TCP协议的实现过程中,每次建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,用的是Socket类;另一个运行于服务端,用的是ServerSocket类。
    Socket工具虽然主要用于客户端,但服务端通常也保留一份客户端的Socket备份,它描述了两边对套接字处理的一般行为。下面是Socket类的主要方法说明:
    connect:连接指定IP和端口。该方法用于客户端连接服务端,成功连上之后才能开展数据交互。
    getInputStream:获取套接字的输入流,输入流用于接收对方发来的数据。
    getOutputStream:获取套接字的输出流,输出流用于向对方发送数据。
    isConnected:判断套接字是否连上。
    close:关闭套接字。套接字关闭之后将无法再传输数据。
    isClosed:判断套接字是否关闭。

    ServerSocket仅用于服务端,它的构造函数可指定侦听指定端口,从而及时响应客户端的连接请求。下面是ServerSocket的主要方法说明:
    accept:开始接收客户端的连接。一旦有客户端连上,就返回该客户端的套接字对象。若要持续侦听连接,得在循环语句中调用该方法。
    close:关闭服务端的套接字。
    isClosed:判断服务端的套接字是否关闭。

    由于套接字属于长连接,只要连接的双方未调用close方法,也没退出程序运行,那么理论上都处于已连接的状态。既然是长时间连接,在此期间的任何时刻都可能发送和接收数据,为此套接字的客户端需要给每个连接分配两个线程,其中一个线程专门用来向服务端发送信息,而另一个线程专门用于从服务端接收信息。而服务端需要循环调用accept方法,以便持续侦听客户端的套接字请求,一旦接到某个客户端的连接请求,就开启一个分线程单独处理该客户端的信息交互。
    接下来看个利用Socket传输文本消息的例子,为方便起见,每次只传输一行文本。由于要求I/O流支持读写一行文本,因此采用的输入流成员为缓存读取器BufferedReader,输出流成员为打印流PrintStream,其中前者的readLine方法能够读出一行文本,后者的println方法能够写入一行文本。据此编写的套接字客户端主要代码示例如下:

    //定义一个文本发送任务
    public class SendText implements Runnable {
    	// 以下为Socket服务器的IP和端口,根据实际情况修改
    	private static final String SOCKET_IP = "192.168.1.8";
    	private static final int TEXT_PORT = 51000; // 文本传输专用端口
    	private BufferedReader mReader; // 声明一个缓存读取器对象
    	private PrintStream mWriter; // 声明一个打印流对象
    	private String mRequest = ""; // 待发送的文本内容
    
    	@Override
    	public void run() {
    		Socket socket = new Socket(); // 创建一个套接字对象
    		try {
    			// 命令套接字连接指定地址的指定端口,超时时间为3秒
    			socket.connect(new InetSocketAddress(SOCKET_IP, TEXT_PORT), 3000);
    			// 根据套接字的输入流构建缓存读取器
    			mReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
    			// 根据套接字的输出流构建打印流对象
    			mWriter = new PrintStream(socket.getOutputStream());
    			// 利用Lambda表达式简化Runnable代码。启动一条子线程从服务器读取文本消息
    			new Thread(() -> handleRecv()).start();
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    	
    	// 发送文本消息
    	public void sendText(String text) {
    		mRequest = text;
    		// 利用Lambda表达式简化Runnable代码。启动一条子线程向服务器发送文本消息
    		new Thread(() -> handleSend(text)).start();
    	}
    
    	// 处理文本发送事件。为了避免多线程并发产生冲突,这里添加了synchronized使之成为同步方法
    	private synchronized void handleSend(String text) {
    		PrintUtils.print("向服务器发送消息:"+text);
    		try {
    			mWriter.println(text); // 往打印流对象中写入文本消息
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    
    	// 处理文本接收事件。为了避免多线程并发产生冲突,这里添加了synchronized使之成为同步方法
    	private synchronized void handleRecv() {
    		try {
    			String response;
    			// 持续从服务器读取文本消息
    			while ((response = mReader.readLine()) != null) {
    				PrintUtils.print("服务器返回消息:"+response);
    			}
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    }
    

    至于套接字的服务端,在accept方法侦听到客户端连接之后,使用的I/O流依然为缓存读取器BufferedReader与打印流PrintStream,为方便观察客户端和服务端的交互过程,服务端准备在接收客户端消息之后立刻返回一行文本,从而告知客户端已经收到消息了。据此编写的套接字服务端主要代码示例如下:

    //定义一个文本接收任务
    public class ReceiveText implements Runnable {
    	private static final int TEXT_PORT = 51000; // 文本传输专用端口
    
    	@Override
    	public void run() {
    		PrintUtils.print("接收文本的Socket服务已启动");
    		try {
    			// 创建一个服务端套接字,用于监听客户端Socket的连接请求
    			ServerSocket server = new ServerSocket(TEXT_PORT);
    			while (true) { // 持续侦听客户端的连接
    				// 收到了某个客户端的Socket连接请求,并获得该客户端的套接字对象
    				Socket socket = server.accept();
    				// 启动一个服务线程负责与该客户端的交互操作
    				new Thread(new ServerTask(socket)).start();
    			}
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    
    	// 定义一个伺候任务,好生招待这位顾客
    	private class ServerTask implements Runnable {
    		private Socket mSocket; // 声明一个套接字对象
    		private BufferedReader mReader; // 声明一个缓存读取器对象
    
    		public ServerTask(Socket socket) throws IOException {
    			mSocket = socket;
    			// 根据套接字的输入流构建缓存读取器
    			mReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(mSocket.getInputStream()));
    		}
    
    		@Override
    		public void run() {
    			try {
    				String request;
    				// 循环不断地从Socket中读取客户端发送过来的文本消息
    				while ((request = mReader.readLine()) != null) {
    					PrintUtils.print("收到客户端消息:" + request);
    					// 根据套接字的输出流构建打印流对象
    					PrintStream ps = new PrintStream(mSocket.getOutputStream());
    					String response = "hi,很高兴认识你";
    					PrintUtils.print("服务端返回消息:" + response);
    					ps.println(response); // 往打印流对象中写入文本消息
    				}
    			} catch (Exception e) {
    				e.printStackTrace();
    			}
    		}
    	}
    }
    

    接着服务端程序开启Socket专用的文本接收线程,线程启动代码如下所示:

    		// 启动一个文本接收线程
    		new Thread(new ReceiveText()).start();
    

    然后客户端程序也开启Socket连接的文本发送线程,并命令该线程先后发送两条文本消息,消息发送代码如下所示:

    	// 发送文本消息
    	private static void testSendText() {
    		SendText task = new SendText(); // 创建一个文本发送任务
    		new Thread(task).start(); // 为文本发送任务开启分线程
    		task.sendText("你好呀"); // 命令该线程发送文本消息
    		task.sendText("Hello World"); // 命令该线程发送文本消息
    	}
    

    最后完整走一遍流程,先运行服务端的测试程序,再运行客户端的测试程序,观察到的客户端日志如下:

    12:41:15.967 Thread-3 向服务器发送消息:Hello World
    12:41:15.972 Thread-2 服务器返回消息:hi,很高兴认识你
    

    同时观察到下面的服务端日志:

    12:40:12.543 Thread-0 接收文本的Socket服务已启动
    12:41:15.970 Thread-1 收到客户端消息:Hello World
    12:41:15.971 Thread-1 服务端返回消息:hi,很高兴认识你
    

    根据以上的客户端日志以及服务端日志,可知通过Socket成功实现了文本传输功能。



    更多Java技术文章参见《Java开发笔记(序)章节目录

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