《互联网程序设计》课程：第2讲 网络对话程序设计（完整代码实现）

第2讲 网络对话程序设计

教学与实践目的：学会基本的网络对话程序设计。

简单网络对话程序

**设计任务：**客户端向服务器发送字符串，并能读取服务器返回的字符串。

**知识点：**TCP套接字技术，C/S软件架构程序设计

**重点理解：**Java客户套接字类Socket和服务器套接字类ServerSocket，

以及配套使用流的读/写类BuffferedReader/PrintWriter。

在C/S软件架构程序设计技术中,实现网络通信的两个应用进程，一个叫做服务进程，另一个叫做客户进程，如图2.1所示。服务进程首先被动打开一个监听端口，如8008，客户进程主动访问这个端口，完成对话聊天前的TCP三次握手连接。

图2.1 TCP连接建立的过程

Java的TCP/IP 套接字编程将底层的细节进行了封装，其编程模型如图2.2所示。

图2.2 Socket完整通信模型

在Java
TCP/IP编程模型中，有两个套接字类：服务进程中的是ServerSocket类，客户进程中的是Socket类。

服务进程首先开启一个或多个监听端口，客户进程向服务进程发起TCP三次握手连接，分别见附录1、2中的代码。

TCP连接成功后，逻辑上可理解为通信进程的双方具有两个流（输出流和输入流）。逻辑上可将两个流理解为两个通信管道的全双工通信模式，一个用于向对方发送数据，另一个用于接收对方的数据。

套接字类有两个基本的方法可以获得两个通信管道的入口：

socket.getInputStream()方法可获得输入字节流的入口地址；

socket.getOutputStream()方法可获得输出字节流的出口地址；

功能详细描述：

客户端程序1：TCPClient.java具有网络接收和发送能力的程序。

客户端程序2：TCPClientFX.java为界面模块。

服务器程序：TCPServer.java具有网络接收和发送功能。

网络对话方式是：

客户端连接服务器，连接成功后，服务器首先给客户端发送一条欢迎信息；之后客户端程序每发送一条信息给服务器TCPServer.java，服务器接收并回送该信息到客户端，客户端接收并显示该信息；当客户端发送"bye"，则结束对话。

附件中提供TCPClient.java和TCPServer.java源程序，可在自己的机器上运行它。

1. 程序设计第一步

新建一个程序包，建议命名为chapter02；

编写并运行TCPServer程序，通过命令行窗口(netstat -ano | findstr
“8008”)察看是否已开启8008监听端口。

服务器程序需要一直运行，所以处理代码一般放在while(true)这种无限循环中，TCPServer只能运行一次，且自身不能终止运行，要终止它运行，只能通过强制方式（如果通过IDE环境运行，则可以在IDE环境强制关闭）。

2. 程序设计第二步

编写并理解TCPCilent.java程序，之后再举一反三，去理解TCPServer.java的代码，理解服务端和客户端如何互动。

（1）定义对象构造方法的内容：

socket = new Socket(host,port); *//向服务进程发起TCP三次握手连接*

Socket连接成功后，通过调用socket.getXXXXXStream(
)方法，可获得字节输出流和字节输入流，输出流用于发送信息，输入流用于接收信息。并可通过以下组合方式封装为输入输出的字符流：

new PrintWriter( *// 设置最后一个参数为true，表示自动flush数据*  
new OutputStreamWriter(*//设置utf-8编码*  
outputStream, "utf-8"), true);

new BufferedReader(  
new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));

**注意：**通过输出流往网络写出数据时，为了将缓存中的所有数据都推送出去，需要在写操作后执行flush命令，PrintWriter可以通过构造方法实现自动flush，所以就不需要显式的执行flush方法。另外，为了避免乱码，输入输出流的编码需要保持一致，为了兼容性，建议使用utf-8编码。

（2）定义网络信息发送方法供外部调用：

public void send(String msg) {
     
*//输出字符流，由Socket调用系统底层函数，经网卡发送字节流*  
pw.println(msg);  
}

（3）定义网络信息接收方法供外部调用：

public String receive() {
     
String msg = null;  
try {
     
*//从网络输入字符流中读信息，每次只能接受一行信息*  
*//如果不够一行（无行结束符），则该语句阻塞，*  
*// 直到条件满足，程序才往下运行*  
msg = br.readLine();  
} catch (IOException e) {
     
e.printStackTrace();  
}  
return msg;  
}

（4）定义网络连接关闭方法供外部调用

public void close() {
     
try {
   

if (socket != null) {
     
*//关闭socket连接及相关的输入输出流,实现四次握手断开，如图2.3所示*  
socket.close();  
}  
} catch (IOException e) {
     
e.printStackTrace();  
}  
}

图2.3 TCP连接释放过程

**注意：**理解TCPCilent程序中的3个思想，如何连接对方，如何发送信息给对方，如何接收对方的信息。

编写程序可对照参考附录。

3. 程序设计第三步

将客户端图形化，内部调用TCPClient模块中相应的方法完成网络对话功能：

创建新界面并命名为TCPClientFX.java程序，其界面布局如图2.4所示。

图2.4 网络对话界面

该窗体界面可参考第一讲SimpleFX的界面设计方法，在其基础上略作修改。例如可以添加一个HBox面板，用于容纳最上一行ip地址、端口输入框及连接按钮等控件，然后把这个HBox添加到主界面中央的VBox中，就可以达到类似图示效果。

在**“连接”按钮**中设置如下动作：

btnConnect.setOnAction(event -\> {
     
String ip = tfIP.getText().trim();  
String port = tfPort.getText().trim();


try {
     
*//tcpClient不是局部变量，是本程序定义的一个TCPClient类型的成员变量*  
tcpClient = new TCPClient(ip,port);  
*//成功连接服务器，接收服务器发来的第一条欢迎信息*  
String firstMsg = tcpClient.receive();  
taDisplay.appendText(firstMsg + "\\n");  
} catch (Exception e) {
     
taDisplay.appendText("服务器连接失败！" + e.getMessage() + "\\n");  
}  
});

在**“退出”按钮**中设置如下动作：

btnExit.setOnAction(event -\> {
     
if(tcpClient != null){
     
*//向服务器发送关闭连接的约定信息*  
tcpClient.send("bye");  
tcpClient.close();  
}  
System.*exit*(0);

});

如果用户不是通过退出按钮关闭窗体，而是点击右上角的×关闭，那么不会执行关闭socket的代码，所以可以把上面退出动作的代码封装成一个方法，在窗体关闭响应的事件中也执行，即使用：

primaryStage.setOnCloseRequest(event -\> {
     
……  java
});

在**“发送”按钮**中添加网络发送和接收方法：

btnSend.setOnAction(event -\> {
     
String sendMsg = tfSend.getText();  
tcpClient.send(sendMsg);*//向服务器发送一串字符*  
taDisplay.appendText("客户端发送：" + sendMsg + "\\n");  
String receiveMsg = tcpClient.receive();*//从服务器接收一行字符*  
taDisplay.appendText(receiveMsg + "\\n");  
});

4. 建议

我们可以看出，在一个设计良好的TCP服务器/客户端程序中，为了能够友好地完成整个通信过程，建议：

（1）客户端成功连接服务器，服务器应该给客户端主动发送一条欢迎或通知等信息，作为整个通信的第一条信息，然后服务器进入监听阻塞状态，等待客户端的信息。而客户端在连接成功后就用一条行读取语句来读取这条信息；

（2）服务器一般是不关闭，一直等待客户连接，并不能主动知道客户端是否准备离开。所以客户端关闭时，给服务器发送一条约定的表示离开的信息（在本例中使用bye作为约定信息），以方便服务器可以做出响应。

这两条都需要服务器和客户端互相约定，否则就可能有问题，例如，如果服务器在一个客户端连接成功后，并没有一条欢迎信息发送给客户端，客户端的读取欢迎信息的语句无法读取到内容，就被阻塞住，由于是单线程，甚至整个程序都会被卡住。要解决这个问题，可以使用下一讲的知识。

课堂计分

先在自己机器上测试运行客户和服务器程序，或者和同学一组互相测试，直到访问对方服务器成功。之后再向老师给定的服务器（202.116.195.71：8008）发送一条你注册的学号、姓名及密码的信息，之间不要留空格，用&隔开，例如：

20170000000007&程旭元&你的密码

若收到老师服务器回应的“本讲作业已提交，成功完成！”信息，表示本次实验工作完成，下周来实验时可以查看本次成绩。

注意，一台机器只记录一个同学成绩，若有类同的IP地址将全部判为无效。

扩展练习（自选，不计分）

在TCPClientFX客户端窗体程序中，连接成功服务器后，如果用户再次点击“连接”按钮，会造成服务器资源浪费，还可能使程序运行不正常，无法正常发送信息；

没有连接服务器时，或者发送bye以后，点击“发送”按钮，控制台也会产生异常；

请修改程序，避免这种误操作。

提示：一个简单的方案，就是在合适的时候禁用及启用对应的按钮。例如程序启动的时候，发送按钮需要禁用，在连接成功后启用，发送bye后又要再次禁用；用户连接成功后，禁用“连接”按钮，当用户通过按钮发送bye结束通话，重新启用“连接”按钮。Button有个setDisable方法可供使用。

四、附录

1. TCPServer.java源文件

package chapter02;  

import java.io.\*;  
import java.net.ServerSocket;  
import java.net.Socket;  

public class TCPServer {
     
private int port = 8008; *//服务器监听端口*  
private ServerSocket serverSocket; *//定义服务器套接字*  

public TCPServer() throws IOException {
     
serverSocket = new ServerSocket(8008