Java Socket通信之TCP协议

紧接着 Java Socket通信之UDP协议 再来！

一、 Java流套接字通信模型

1.TCP模型

TCP的整个通信流程如下如所示：
服务器的任务：
①创建ServerSocket对象并绑定一个端口，成为listenSocket(类似于大街拉拢客人的中介)。
②listenSocket调用ServerSocket的accept()方法，把内核建立好的连接拿到代码中进行处理。如果接收到来自客户端的请求时，accept()会返回一个Socket实例，称为clientSocket(类似于中介把客人介绍给前台小姐姐，由她负责之后的业务流程，中介继续去拉拢客人)，如果没有接收到请求，则一直处于阻塞等待状态。
③使用clientSocket的getInputStream和OutputStream得到字节流对象，可进行字节的读取和写入。
④当客户端断开连接后，服务器要及时关闭clientSocket,否则会出现文件资源泄露的情况。
客户端的任务：
①创建一个Socket对象，同时指定服务器的IP和Port （建立TCP连接三次握手，由内核完成，用户感知不到）。
②客户端通过Socket对象getInputStream和getOutputStream和服务器进行通信。

关于端口被占用问题：
通常情况下，两个进程无法绑定到同一个端口号！（除特殊情况：eg. Linux中 fork系统调用）
解决办法：如果占用端口的进程A不需要运行，就可以关闭A后，再启动需要绑定该端口的进程B；如果需要运行A进程，则可以修改进程B的绑定端口，换为其他没有使用的端口。

2.TCP Socket常见API

ServerSocket API

ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API；
ServerSocket构造方法：

方法	说明
ServerSocket(int port)	创建一个服务端流套接字socket,并绑定到响应端口上

ServerSocket方法：

方法	说明
Socket accept()	开始监听指定端口（创建时绑定的端口），如果有客户端连接，返回一个socket对象，如果没有，一直处于阻塞等待状态。（用户代码调用accept,才是真的把连接拿到用户代码中）
void close()	关闭此套接字（否则随着连接的增多，socket文件会出现文件资源泄露的情况）

Socket API

Socket 是客户端Socket，或服务端中接收到客户端建立连接（accept方法）的请求后，返回的服务端socket。不管是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接以后，保存的对方端信息，即用来与对方收发数据的。
注：Socket是服务器和客户端都需要使用；ServerSocket是只在服务器中使用的。
Socket 构造方法：

方法	说明
Socket(String host, int post)	创建一个客户端流套接字socket，并与对应IP和port的进程建立连接

Socket 方法：TCP Socket 是基于字节流的，进行具体读写时和文件类似。

方法	说明
InetAddress getInetAddress()	返回套接字所连接的地址
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

二、TCP流套接字编程

1.回显服务器

服务器代码：

/**
 * 代码有几个值得注意的点：
 * ① 将构造好的响应写会给客户端时，要用println
 * ② 返回响应时要用flush()将缓冲区中的数据冲刷到内存中
 * ③ 当前简易的程序是一个服务器只能同时为一个客户端收发数据，如果再有一个客户端要通讯，需等待上一个客户端释放完成之后再通讯
 * 关键问题在于：如果第一个客户端没有退出，此时服务器的逻辑一直在processConnection内部打转，没有机会再次调用到accept，
 *             也没有办法处理第二个连接~
 * 解决办法：使用多线程！
 * 主线程里面循环调用accept()
 */
package TCPEcho;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoServer {
   
    private ServerSocket listenSocket = null;

    //构造函数--端口绑定
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
   
        listenSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
   
        //accept()相当于一个监听程序，TCP是一个有连接的操作，首先要建立连接
        //如果客户端没有发来请求，accept()阻塞等待
        //如果服务器接收到客户端发来的请求，accept()会返回一个Socket对象
        //客户端和服务器的进一步交互就交给clientSocket来完成了
        while (true) {
   
            Socket clientSocket = listenSocket.accept();
            processConnection(clientSocket);
        }
    }

    //处理一个请求，这个请求中可能涉及客户端和服务器的多次交互
    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
   
        String log = String.format("[%s:%d]客户端已上线！",
                clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
        System.out.println(log);

        try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
   
            while(true) {
   
                //1.接收请求并解析
                //①可以使用inputStream的read()方法读取数据到byte[]中，然后在转成String
                //②第一种方法比较麻烦，还可以借助Scanner来完成这个工作
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);

                //如果连接关闭，才会触发到这个情况！（读取到EOF）
                if (!scanner.hasNext()) {
   
                    log = String.format("[%s:%d]客户端已下线！",
                            clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
                    System.out.println(log);
                    break;
                }
                String request = scanner.next();

                //2.根据请求计算响应
                String response = process(request);

                //3.构造响应并返回
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(response);
                printWriter.flush();  //刷新

                log = String.format("[%s:%d],request: %s, response: %s",
                        clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort(),
                        request, response);
                System