Java IO之Socket通信

一、通讯协议TCP、UDP

Java Socket通信是基于TCP协议来完成的。讲Socket通信之前有必要先了解这两种底层协议。

• TCP协议是面向连接、保证高可靠性(数据无丢失、数据无失序、数据无错误、数据无重复到达)传输层协议。TCP协议通过三次握手建立连接，四次握手断开连接，带重传功能的肯定确认来保证可靠传输。其中HTTP协议就是基于TCP协议来实现的。HTTP1.0默认短连接，HTTP1.1默认使用长连接，通过Keep-Alive来控制长连接时间，在同一个TCP连接中，只有上一个请求得到响应之后下一个请求才会发送。

• UDP协议是无连接，不保证可靠的传输层协议。传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。

二、字符流和字节流

java在对文件、图片、视频等资源的操作上提供了字符流和字节流的操作方式，但是由于计算机中使用的是二进制来存储文件，而字符流对文件操作时会经历编码和解码阶段，所以字节流的操作要比字符流的操作效率高。但是字符流有很多操作都方便编程人员，对于文件的读取展现，我们可以使用字符流，免去了我们程序对字节和字符的转换。除此之外，字符流与字节流还有一个根本的区别。字节流不需要用到缓冲区，而字符流会先将数据放到缓存区再写入文件。如下例子，我们为了研究字符流和字节流是否用到缓冲区，不关闭输出流，因为在关闭输出流之前，会将缓冲区的内容全部输出，类似于调用flush()。

字节流：

package ioTest;

import java.io.FileOutputStream;

public class ByteTest {

    public static void main(String[] arg) {
        try {
            FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("e:/ds2.txt");
            fileOutputStream.write("hello world".getBytes());
            //fileOutputStream.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

结果：文件ds2.txt显示【hello world】。

字符流：

package ioTest;

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class CharTest {

    public static void main(String[] arg){
        try {
            FileWriter fileWriter = new FileWriter("e:/ds.txt");
            fileWriter.write("hello world");
            //fileWriter.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

结果：文件ds.txt文件内容为空。

二进制I/O中常用的流操作类
InputStream：FileInputStream、FilterInputStream、ObjectInputStream。
FilterInputStream：DateInputStream、BufferedInputStream。

• FileInputStream以文件、文件名为构造函数创建输入流，是大部分输入流的起始点，其他输入流通过包装该输入流来进行操作。
• DateInputStream通过包装FileInputStream或其他字节输入流来构造，提供了多种数据读取方式，readByte()、readChar()、readInt()、readLine()、readUTF()等等。
• BufferedInputStream在读取文件时创建缓冲区，默认是512字节。
  ObjectInputStream包含所有DateInputStream的功能，另外还增加了对对象的操作。

文本I/O中常见的流操作
BufferedReader、InputStreamReader、FileReader

• FileReader大部分字符流读取文件的起点。
• InputStreamReader连通字符流与字节流的枢纽，可以通过字节流来构造该字符流，然后通过其他字符流再包装该字符流，并且设置编码方式。如：

new BufferedReader(new InputStreamReader(new
   FileInputStream(fileName),"UTF-8")); 

• BufferedReader在读取文件时创建缓冲区。

三、通信实现

前面介绍了相关的基础知识之后就直接上代码吧，另外对于多线程不太熟悉的朋友自己去补习一下。本程序包含三个类，具体的运行步骤在代码中做了详细的解释：

• SocketClient：socket通信客户端，运行时可以多次启动来模拟多个客户端。
• SocketServer：socket通信服务端，这里只有一个服务端，对于不同的客户端请求创建不同的线程来进行处理，通过线程池来进行管理。
• SocketThread：socket通信基础线程，供服务端调用，用于与客户端进行交互。

package socketTest;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class SocketClient {

    private DataOutputStream out;//通信输出流
    private DataInputStream in;//通信输入流
    private Socket socket;

    public static void main(String[] arg){
        try {
            SocketClient socketClient = new SocketClient();
            socketClient.initParam("127.0.0.1",6644);
            System.out.println("请输入向服务器发送的内容：");
            socketClient.send();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //初始化参数
    public void initParam(String ipAddress, int port) throws Exception{
        this.socket = new Socket(ipAddress, port);
        this.out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
        this.in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
    }

    //发送内容
    public void send() throws IOException{
        while(true){
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String input = scanner.nextLine();
            out.writeUTF(input);
            out.flush();
            if("exit".equals(input)){
                //获取服务器端断开连接的信息
                String serverInput = in.readUTF();
                System.out.println(serverInput);
                //客户端断开连接
                System.out.println("客户端关闭连接");
                in.close();
                out.close();
                socket.close();
                break;
            }
        }
    }
}

package socketTest;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SocketServer{

    private ServerSocket serverSocket;
    private ExecutorService threadPool;
    private static final int THREADCOUNT = 5;

    public static void main(String[] arg){
        SocketServer socketServer = new SocketServer();
        try {
            socketServer.initParam(6644);
            socketServer.getRequest();
        } catch (Exception e) {
            socketServer.threadPool.shutdown();
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //初始化参数
    public void initParam(int port) throws Exception{
        this.serverSocket = new ServerSocket(port);
        this.threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREADCOUNT);
    }

    //获取客户端请求
    public void getRequest() throws IOException{
        while (true) {
            Socket socket = this.serverSocket.accept();
            SocketThread socketThread = new SocketThread(socket);
            threadPool.execute(socketThread);
        }
    }
}

package socketTest;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class SocketThread implements Runnable {

    private Socket socket;
    private DataInputStream in;//通信输入流
    private DataOutputStream out;//通信输出流

    public SocketThread(Socket socket){
        try {
            this.socket = socket;
            this.in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
            this.out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            String clientInput;
            while((clientInput = in.readUTF())!=null){
                System.out.println(clientInput);
                if("exit".equals(clientInput)){
                    out.writeUTF("服务器已关闭连接");
                    out.close();
                    in.close();
                    socket.close();
                    System.out.println("服务端关闭连接");
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}