基于BIO的TCP通信原理

本文涉及的内容：

①TCP 客户端、服务器 的helloworld

②基于TCP的 文件上传原理

③模拟一个BS系统

一、TCP通信概述

客户端代码实现：

package com.itheima.demo01.TCP;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

/*
    TCP通信的客户端:向服务器发送连接请求,给服务器发送数据,读取服务器回写的数据
    表示客户端的类:
        java.net.Socket:此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点。
        套接字:包含了IP地址和端口号的网络单位

    构造方法:
        Socket(String host, int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
        参数:
            String host:服务器主机的名称/服务器的IP地址
            int port:服务器的端口号

    成员方法:
        OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流。
        InputStream getInputStream() 返回此套接字的输入流。
        void close() 关闭此套接字。

    实现步骤:
        1.创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
        2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
        3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
        4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
        5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
        6.释放资源(Socket)
     注意:
        1.客户端和服务器端进行交互,必须使用Socket中提供的网络流,不能使用自己创建的流对象
        2.当我们创建客户端对象Socket的时候,就会去请求服务器和服务器经过3次握手建立连接通路
            这时如果服务器没有启动,那么就会抛出异常ConnectException: Connection refused: connect
            如果服务器已经启动,那么就可以进行交互了
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
      Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
       //2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
       OutputStream os = socket.getOutputStream();
       //3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
       os.write("你好服务器".getBytes());

       //4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
       InputStream is = socket.getInputStream();

       //5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
       byte[] bytes = new byte[1024];
       int len = is.read(bytes);
       System.out.println(new String(bytes,0,len));

       //6.释放资源(Socket)
       socket.close();

    }

}

服务器代码实现：

import java.net.Socket;

/*
    TCP通信的服务器端:接收客户端的请求,读取客户端发送的数据,给客户端回写数据
    表示服务器的类:
        java.net.ServerSocket:此类实现服务器套接字。

    构造方法:
        ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。

    服务器端必须明确一件事情,必须的知道是哪个客户端请求的服务器
    所以可以使用accept方法获取到请求的客户端对象Socket
    成员方法:
        Socket accept() 侦听并接受到此套接字的连接。

    服务器的实现步骤:
        1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
        2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
        3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
        4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据
        5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
        6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据
        7.释放资源(Socket,ServerSocket)
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
      ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
       //2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
       Socket socket = server.accept();
       //3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
       InputStream is = socket.getInputStream();
       //4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据，可以保存在服务器本地磁盘当中。
       byte[] bytes = new byte[1024];
       int len = is.read(bytes);
       System.out.println(new String(bytes,0,len));
       //5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
       OutputStream os = socket.getOutputStream();
       //6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据
       os.write("收到谢谢".getBytes());
       //7.释放资源(Socket,ServerSocket)
       socket.close();
       server.close();
    }
}

二、文件上传

文件上传客户端代码：

原理：客户端输入服务器的ip 和端口号，然后使用文件输入流读取本地文件，再用socket提供的网络输出流输出给服务器。

package com.itheima.demo02.FileUpload;



/*
    文件上传案例的客户端:读取本地文件,上传到服务器,读取服务器回写的数据

    明确:
        数据源:c:\\1.jpg
        目的地:服务器

    实现步骤:
        1.创建一个本地字节输入流FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源
        2.创建一个客户端Socket对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号
        3.使用Socket中的方法getOutputStream,获取网络字节输出流OutputStream对象
        4.使用本地字节输入流FileInputStream对象中的方法read,读取本地文件
        5.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,把读取到的文件上传到服务器
        6.使用Socket中的方法getInputStream,获取网络字节输入流InputStream对象
        7.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取服务回写的数据
        8.释放资源(FileInputStream,Socket)
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建一个本地字节输入流FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源
        FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\1.jpg");
        //2.创建一个客户端Socket对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //3.使用Socket中的方法getOutputStream,获取网络字节输出流OutputStream对象
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //4.使用本地字节输入流FileInputStream对象中的方法read,读取本地文件
        int len = 0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while((len = fis.read(bytes))!=-1){
            //5.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,把读取到的文件上传到服务器
            os.write(bytes,0,len);
        }

        /*
            解决:上传完文件,给服务器写一个结束标记
            void shutdownOutput() 禁用此套接字的输出流。
            对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。
         */
        socket.shutdownOutput();

        //6.使用Socket中的方法getInputStream,获取网络字节输入流InputStream对象
        InputStream is = socket.getInputStream();

        System.out.println("333333333333333333333");

        //7.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取服务回写的数据
        while((len = is.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }

        System.out.println("444444444444444444  while死循环打印不到");

        //8.释放资源(FileInputStream,Socket)
        fis.close();
        socket.close();
    }
}

文件上传服务器代码：

原理：服务器开启服务，使用accept方法获得客户端的socket对象，然后根据对象提供的网络输入流，读取到客户端发来的数据，再使用文件输出流读取到磁盘上。

package com.itheima.demo02.FileUpload;



/*
    文件上传案例服务器端:读取客户端上传的文件,保存到服务器的硬盘,给客户端回写"上传成功"

    明确:
        数据源:客户端上传的文件
        目的地:服务器的硬盘 d:\\upload\\1.jpg

    实现步骤:
        1.创建一个服务器ServerSocket对象,和系统要指定的端口号
        2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端Socket对象
        3.使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
        4.判断d:\\upload文件夹是否存在,不存在则创建
        5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地
        6.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端上传的文件
        7.使用本地字节输出流FileOutputStream对象中的方法write,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
        8.使用Socket对象中的方法getOutputStream,获取到网络字节输出流OutputStream对象
        9.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写"上传成功"
        10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket)
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建一个服务器ServerSocket对象,和系统要指定的端口号
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        //2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端Socket对象
        Socket socket = server.accept();
        //3.使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.判断d:\\upload文件夹是否存在,不存在则创建
        File file =  new File("d:\\upload");
        if(!file.exists()){
            file.mkdirs();
        }


        //5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\1.jpg");
        //6.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端上传的文件

        System.out.println("11111111111111111111");

        int len =0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while((len = is.read(bytes))!=-1){
            //7.使用本地字节输出流FileOutputStream对象中的方法write,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
            fos.write(bytes,0,len);
        }

        System.out.println("22222222222222222222222  while死循环打印不到");

        //8.使用Socket对象中的方法getOutputStream,获取到网络字节输出流OutputStream对象
        //9.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写"上传成功"
        socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
        //10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket)
        fos.close();
        socket.close();
        server.close();
    }
}

三、模拟BS系统

本章模拟一个BS系统，服务器容器如Tomcat、Jboss底层就是模拟的这个系统，用户在浏览器上输入一个url，web容器处理请求，响应请求。

浏览器就是客户端，由于是本机，我们在地址栏输入http://localhost:7070/src/B_Socket_demo/web/reg.html (7070是代码中定义的端口，可以随便写，tomcat定义的是8080)，通过socket的网络流能够读取到请求信息

服务器代码：

我们创建一个简单的java类，无需使用任何网络功能。

package B_Socket_demo;


public class A_Socket_BSModel {

    public static void main(String[] args) throws IOException {



    ServerSocket s = new ServerSocket(7070);

     Socket socket = s.accept();
     InputStream is = socket.getInputStream();

     byte[] bytes = new byte[1024];

     int len =0;
     while ((len=is.read(bytes))!=-1){
         //把客户端发来的请求信息 打印到控制台当中
         System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }


    }
}

输出结果：
GET /src/B_Socket_demo/web/reg.html HTTP/1.1  第一行是我们要的文件路径，浏览器可以根据此路径，去本地磁盘查找该页面，然后用文件流读取到流中，再返回给浏览器。由于我们还没有编写这段代码，所以客户端会一直等待我们的请求，显示加载状态。
Host: localhost:7070
Connection: keep-alive
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/72.0.3626.81 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en-US;q=0.8,en;q=0.7
Cookie: COOKIE_STAFF_ID=1; COOKIE_USER_ID=1558745551606; _ga=GA1.1.187491997.1558950411; Idea-6be7d5cd=4ece5dbe-7562-4ab4-a5ae-e7e06adc5e60

接下来是，浏览器可以我们输入的路径，去本地磁盘查找该页面，然后返回给浏览器。
代码如下：
如果页面中有图片，服务器就会另外开启一条线程来响应图片。我们将编写这段代码：

	package B_Socket_demo;
	
	//模拟一下BS系统的  输入一个url ，返回web下面的reg.html页面
	public class A_Socket_BSModel {
	
	    public static void main(String[] args) throws IOException {
	
	ServerSocket s = new ServerSocket(7070);
	
	while(true){
	  //使用accept方法获取到请求的客户端对象(浏览器)
	Socket socket = s.accept();
	
	new Thread(new Runnable() {
	   @Override
	   public void run() {
       try {
           //使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
           InputStream is = socket.getInputStream();
           //使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取客户端的请求信息
           /*byte[] bytes = new byte[1024];
           int len = 0;
           while((len = is.read(bytes))!=-1){
               System.out.println(new String(bytes,0,len));
           }*/

           //把is网络字节输入流对象,转换为字符缓冲输入流
           BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
           //把客户端请求信息的第一行读取出来 GET /src/B_Socket_demo/web/reg.html HTTP/1.1
           String line = br.readLine();
           System.out.println(line);
           //把读取的信息进行切割,只要中间部分 /src/B_Socket_demo/web/reg.html
           String[] arr = line.split(" ");
           //把路径前边的/去掉,进行截取 srcB_Socket_demo/web/reg.html
           String htmlpath = arr[1].substring(1);
           System.out.println(htmlpath);

           //创建一个本地字节输入流,构造方法中绑定要读取的html路径
           FileInputStream fis = new FileInputStream(htmlpath);
           //使用Socket中的方法getOutputStream获取网络字节输出流OutputStream对象，把给浏览器返回一个响应协议
           OutputStream os = socket.getOutputStream();

           // 写入HTTP协议响应头,固定写法
           os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
           os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
           // 必须要写入空行,否则浏览器不解析
           os.write("\r\n".getBytes());

           //一读一写复制文件,把服务读取的html文件回写到客户端
           int len = 0;
           byte[] bytes = new byte[1024];
           while((len = fis.read(bytes))!=-1){
               os.write(bytes,0,len);
           }
           //释放资源
           fis.close();
           socket.close();
       }catch (IOException e){
           e.printStackTrace();
       }
   }
  }).start();
        }
    }
}

然后在浏览器输入http://localhost:7070/src/B_Socket_demo/web/reg.html就可以看到页面了！