【Java基础】网络编程：Socket、ServerSocket、Echo程序

《第一行代码：Java》第12章、Java网络编程读书笔记。有关计算机网络的基础知识建议去看计算机网络相关的文章，本章中主要以“C/S”开发中的TCP程序实现为主。

文章目录

- Java网络编程
- - 12.1 网络编程
  - 12.2开发第一个网络程序
  - 12.3 网络开发的经典模型——Echo程序
  - 本章小结：

Java网络编程

12.1 网络编程

网络编程的核心意义在于不同的电脑主机之间的数据交互，但是在Java中这一概念会进一步简化。在Java中是以JVM进程划分网络的，即不同的JVM代表不同的主机。Java中同一台主机的不同JVM之间的数据访问也属于远程访问。

【Java基础】网络编程：Socket、ServerSocket、Echo程序

网络编程的是指意义在于数据的交互，而在交互的过程中一定会将交互的双方分为服务器端和客户端，而这两端的开发会存在以下两种模式：
- 模式一：C/S结构（Client/Server），此类模式的开发一般要编写两套程序，一套是客户端代码，另外一套属于服务器端代码。由于需要有编写程序，所以对于开发以及维护的成本较高。但是由于其使用的是自己的连接端口与交换协议，所以安全性比较高。而C/S结构程序的开发分为两种：
  - TCP(传输控制协议，一种面向连接的通信协议，可靠的传输)
  - UDP(数据报协议，一种面向无连接的通讯协议)。
- 形式二：B/S结构（Browser /Server )，不再单独开发客户端代码，只开发一套服务器端程序，客户端将利用浏览器进行访问，这种模式只需要开发一套程序，但是安全性不高，因为使用的是公共的HTTP 协议以及公共的80端口。
本章主要以“C/S”开发中的TCP程序实现为主。

12.2开发第一个网络程序

在java.net包中，提供了网络编程相关的开发工具类，在此包中有以下两个主要的核心操作类。
- ServerSocket类：是一个封装支持TCP协议的操作类，主要工作是在服务器端，用于接收客户端请求。
- Socket类：也是一个封装了TCP协议的操作类，每个Socket对象都是一个客户端

java.net.ServerSocket类常用方法：

public ServerSocket(int port) throws IOException	// 构造，开辟一个指定的端口监听，一般使用5000以上的端口
public Socket accept() throws IOException			// 普通，服务器端接收客户端请求，通过Socket返回
public void close() throws IOException				// 普通，返回服务器端

java.net.Socket类常用方法：

public Socket(String host, int port) throws UnknowHostException, IOException	// 构造，指定要连接的主机（IP地址）和端口
public OutputStream getOutputStream() throws IOException	// 普通，取得指定客户端的输出对象，使用PrintStream操作
public InputStream getInputStream() throws IOException		// 普通，从指定的客户端读取数据，使用Scanner操作

在客户端，程序可以通过Socket类的getInputStream()方法，取得服务器的输出信息，在服务器端可以通过getOutputStream()方法取得客户端的输出信息，具体如下图所示：

【Java基础】网络编程：Socket、ServerSocket、Echo程序

定义服务器端——主要使用ServerSocket类：

package com.yootk.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class HelloServer { 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket server = new ServerSocket(9999) ;	// 所有的服务器必须有端口
        System.out.println("等待客户端连接.....");			// 提示信息
        Socket client = server.accept() ;				// 等待客户端连接
        // OutputStream并不方便进行内容的输出，所以利用打印流完成输出
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()) ;
        out.println("Hello World !");					// 输出数据
        out.println("你好世界 ！");						 // 输出数据
        out.close(); 
        client.close();
        server.close();
    }
}
// 程序执行结果：	等待客户端连接.....

本程序在本机的9999端口上设置了一个服务器的监听操作（accept()方法表示打开服务器监听，并且会一直等待，直到有客户端连接后才会执行下一步），当有客户端通过TCP连接方式连接到服务器端后，服务器端将会利用PrintSream输出数据，当数据输出完毕后，该服务器将会关闭，也就是说本次定义的服务器只能处理一次客户端的请求。

编写客户端——主要使用Socket类：

package com.yootk.demo;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class HelloClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket client = new Socket("localhost",9999) ;			// 连接服务器端
        // 取得客户端的输入数据流对象，表示接收服务器端的输出信息
        Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream()) ;	// 接收服务器端回应数据
        scan.useDelimiter("\n") ;								// 设置分隔符
        while (scan.hasNext()) {								// 是否有数据
           System.out.println("【回应数据】" + scan.next());		// 取出数据
        }
        scan.close();
        client.close();
    }
}
/*
程序执行结果：
    Hello World !
    你好世界 ！
*/

在TCP程序中，每一个Socket对象都表示一个客户端的信息，所以客户端程序要连接也必须依靠Socket对象操作。在实例化Socket对象时必须设置连接的主机名称（本机为“localhost“，或者填写IP地址）以及连接端口号，当连接成功后就可以利用Scanner进行输入流数据的读取，这样就可以接收服务器端的回应信息了。

12.3 网络开发的经典模型——Echo程序

在网络编程中 Echo是一个经典的程序开发模型，本程序的意义在于：客户端随意输入信息并且将信息发送给服务器端，服务器端接收后前面加上一个”ECHO：”的前缀标记后将数据返还给客户端。在本程序中服务器端既要接收客户端发送来的数据，又要向客户端输出数据，同时考虑到需要进行多次数据交换，所以每次连接后不应该立刻关闭服务器，而当用户输入了一些特定字符串（例如:“byebye”)后才表示可以结束本次的Echo操作。

服务器端实现：

package com.yootk.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket server = new ServerSocket(9999) ;	// 定义连接端口
        Socket client = server.accept() ;				// 等待客户端连接
        // 得到客户端输入数据以及向客户端输出数据的对象，利用扫描流接收，打印流输出
        Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream()) ;
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()) ;
        boolean flag = true ;							// 设置循环标记
        while(flag) {
            if (scan.hasNext()) {						// 是否有内容输入
               String str = scan.next().trim() ;		// 得到客户端发送的内容，并删除空格
               if (str.equalsIgnoreCase("byebye")) {	// 程序结束标记
                  out.println("拜拜，下次再会！");		   // 输出结束信息
                  flag = false ;						// 退出循环
               } else {									// 回应输入信息
                  out.println("ECHO : " + str);			// 加“ECHO :”前缀返回
               }
            }
        }
        scan.close();
        out.close();
        client.close(); 
        server.close();
    }
}

客户端实现：

package com.yootk.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket client = new Socket("localhost", 9999);		// 服务器地址与端口
        Scanner input = new Scanner(System.in); 			// 键盘输入数据
        // 利用Scanner包装客户端输入数据（服务器端输出），PrintStream包装客户端输出数据；
        Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream());
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
        input.useDelimiter("\n");						// 设置键盘输入分隔符
        scan.useDelimiter("\n");						// 设置回应数据分隔符
        boolean flag = true;							// 循环标志
        while (flag) {
            System.out.print("请输入要发送数据：");
            if (input.hasNext()) {						// 键盘是否输入数据
               String str = input.next().trim();		// 取得键盘输入数据
               out.println(str); 						// 发送数据到服务器端
               if (str.equalsIgnoreCase("byebye")) {	// 结束标记
                  flag = false; 						// 结束循环
               }
               if (scan.hasNext()) {					// 服务器端有回应
                  System.out.println(scan.next()); 		// 输出回应数据
               }
            }
        }
        input.close();
        scan.close();
        out.close();
        client.close();
    }
}
/*
程序执行结果：
    请输入您需要发送的数据：aewcdsacsa5545
    Echo:aewcdsacsa5545
    请输入您需要发送的数据：54d5f4ad
    Echo:54d5f4ad
    请输入您需要发送的数据：sdafsa4
    Echo:sdafsa4
    请输入您需要发送的数据：byebye
    拜拜，下次再见！
*/

上面的程序实现了一个最简单的服务器端与客户端通讯，但是该程序只能连接一个客户端，不能连接其他客户端，因为所有的操作都是在主线程上进行的开发，也就是说该程序属于单线程的网络应用。而在实际的开发中一个服务器需要同时处理多个客户端的请求操作，在这样的情况下就可以利用多线程来进行操作，把每一个连接到服务器端的客户都作为一个独立的线程对象保留，如图12-3所示：

【Java基础】网络编程：Socket、ServerSocket、Echo程序

多线程服务器端实现：

package com.yootk.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
class EchoThread implements Runnable {					// 建立线程类
    private Socket client;								// 每个线程处理一个客户端
    public EchoThread(Socket client) {					// 创建线程对象时传递Socket
        this.client = client;
    }
    @Override
    public void run() {	
        try {	// 每个线程对象取得各自Socket的输入流与输出流
            Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream());
            PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
            boolean flag = true; 							// 控制多次接收操作
            while (flag) {
                if (scan.hasNext()) {						// 是否有内容
                   String str = scan.next().trim(); 		// 得到客户端发送的内容
                   if (str.equalsIgnoreCase("byebye")) { 	// 程序结束
                      out.println("拜拜，下次再会！");
                      flag = false; 						// 退出循环
                   } else { 								// 应该回应输入信息
                      out.println("ECHO : " + str);			// 回应信息
                   }
                }
            }
            scan.close();
            out.close();
            client.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket server = new ServerSocket(9999);	// 在9999端口上监听
        boolean flag = true;							// 循环标记
        while (flag) {									// 接收多个客户端请求
            Socket client = server.accept(); 			// 客户端连接
            new Thread(new EchoThread(client)).start();	// 创建并启动新线程
        }
        server.close();
    }
}

本章小结：

ServerSocket主要用于TCP协议的服务器程序开发上，使用accept()方法等待客户端连接，每个连接的客户端都是用一个SOcket表示。
服务器端加入多线程机制后，就可以同时为多个用户提供服务。

【Java基础】网络编程：Socket、ServerSocket、Echo程序

文章目录

Java网络编程

12.1 网络编程

12.2开发第一个网络程序

12.3 网络开发的经典模型——Echo程序

本章小结：

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