Java 通過實現簡單的TCP通信程序來理解TCP通信

概述

TCP通信能實現兩台計算機之間的數據交互，通信的兩端，要嚴格區分為客戶端(Client)與服務端(Server)。

兩端通信的步驟

1. 服務端程序，需要事先啟動，等待客戶端的連接。
2. 客戶端主動連接服務器端，連接成功才能通信。服務端不可以主動連接客戶端。

在Java中，提供了兩個類用於實現TCP通信程序：

1. 客戶端：java.net.Socket類表示。創建Socket對象，向服務端發出連接請求，服務端響應請求，兩者建立連接開始通信。
2. 服務端：java.net.ServerSocket類表示。創建ServerSocket對象，相當於開啟一個服務，並等待客戶端的連接。

如下圖：

客戶端1和服務端進行一個通訊的交互①②③④，需要四個IO流對象，客戶端2也是如此。那么兩個客戶端都和同一個服務端進行交互，服務端怎么區分呢？在服務器端有一個accept方法，可以獲取到請求的客戶端對象。

多個客戶端同時和服務器進行交互，就需要使用多個IO流對象。服務器是沒有IO流的，服務器可以獲取到請求的客戶端Socket對象t，使用每個客戶端Socket中提供的IO流和客戶端進行交互。服務器使用客戶端的字節輸入流讀取客戶端發送的數據，使用客戶端的字節輸出流給客戶端回寫數據。簡單的說，就是服務器使用客戶端的流和客戶端交互。

Socket類

Socket類：該類實現客戶端套接字，套接字指的是兩台設備之間通訊的端點。

構造方法

public Socket(String host, int port)
// 創建套接字對象（兩台設備之間通訊的端點對象）並將其連接到指定主機上的指定端
// 口號。如果指定的host是null，則相當於指定地址為回送地址。

1. 套接字：包含了IP地址（host）和端口號（port）的網絡單位。

2. 回送地址：回送地址(127.x.x.x)是本機回送地址(Loopback Address)，主要用於網絡軟件測試以及本地機進程間通信，無論什么程序，一旦使用回送地址發送數據，立即返回，不進行任何網絡傳輸。

成員方法

OutputStream getOutputStream()
// 返回此套接字的輸出流。

InputStream getInputStream()
// 返回此套接字的輸入流

void close()
// 關閉此套接字。

舉例

使用Java程序，進行客戶端和服務端之間的通信。

TCP通訊的客戶端

向服務器發送連接請求，給服務器發送數據，讀取服務器回寫的數據。

實現步驟：

1.創建一個客戶端對象Socket，構造方法中綁定服務器的IP地址和端口號。

2.使用Socket對象中的方法getOutputStream()，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象。

3.使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給服務器發送數據。

4.使用Socket對象中的方法getInputStream()獲取網絡字節輸入流InputStream對象。

5.使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取服務器回寫的數據。

6.釋放資源(Socket)。

注意：

1.客戶端和服務器端進行交互，必須使用Socket中提供的網絡流，不能使用自己創建的流對象。

2.當我們創建客戶端對象Socket的時候，就會去請求服務器和服務器經過3次握手建立連接通路。
這時如果服務器沒有啟動，那么就會拋出異常（ConnectException: Connection refused: connect）。
如果服務器已經啟動，那么就可以進行交互了。

客戶端代碼實現：

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

public class TcpClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        method();
    }

    private static void method() throws IOException {
        // 創建一個客戶端對象Socket，構造方法中綁定服務器的IP地址和端口號。
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        // 使用Socket對象中的方法getOutputStream()，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象。
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

        // 使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給服務器發送數據。
        outputStream.write("你好吖！服務器。".getBytes());

        // 使用Socket對象中的方法getInputStream()獲取網絡字節輸入流InputStream對象。
        InputStream  inputStream = socket.getInputStream();

        // 使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取服務器回寫的數據。
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes, 0, len));

        // 釋放資源(Socket)。
        socket.close();
    }
}

完成了客戶端代碼的編寫后，先了解一下ServerSocket類，然后編寫服務端Java代碼。

ServerSocket類

ServerSocket類：此類現服務器套接字。服務器等待請求通過網絡傳入。它基於該請求執行某些操作，然后可能向請求者返回結果。

構造方法

ServerSocket(int port)
// 創建綁定到特定端口的服務器套接字。

成員方法

Socket accept()
// 偵聽並接受到此套接字的連接。

服務器端必須明確一件事情，必須的知道是哪個客戶端請求的服務器，所以可以使用accept方法獲取到請求的客戶端對象Socket。

舉例

接收客戶端的請求，讀取客戶端發送的數據，給客戶端回寫數據。

TCP通信的服務端

實現步驟：

1.創建服務器ServerSocket對象，對象中傳遞系統要指定的端口號。

2.使用ServerSocket對象中的方法accept，獲取到請求的客戶端對象Socket。

3.使用Socket對象中的方法getInputStream()獲取網絡字節輸入流InputStream對象。

4.使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取客戶端發送的數據。

5.使用Socket對象中的方法getOutputStream()獲取網絡字節輸出流OutputStream對象。

6.使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給客戶端回寫數據。

7.釋放資源（Socket，ServerSocket）。

服務端代碼實現：

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

public class TcpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        method();
    }

    private static void method() throws IOException {
        // 創建服務器ServerSocket對象，對象中傳遞系統要指定的端口號。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);

        // 使用ServerSocket對象中的方法accept，獲取到請求的客戶端對象Socket。
        Socket socket = serverSocket.accept();

        // 使用Socket對象中的方法getInputStream()獲取網絡字節輸入流InputStream對象。
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

        // 使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取客戶端發送的數據。
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes, 0, len));

        // 使用Socket對象中的方法getOutputStream()獲取網絡字節輸出流OutputStream對象。
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

        // 使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給客戶端回寫數據。
        outputStream.write("收到，謝謝！".getBytes());

        // 釋放資源（Socket，ServerSocket）。
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客戶端程序和服務端程序都已經編寫完成，先運行服務端程序，然后再運行客戶端程序。

客戶端程序：控制台輸出（收到來自服務端回寫的數據）

收到，謝謝您！客戶端。

服務端程序：控制台輸出（接收到客戶端發來的請求數據）

你好吖！服務器。

輸出截圖如下：

客戶端程序和服務端程序對比（4K圖，可放大）：

代碼實現步驟：

1. 第一步

   服務器端：
   
   // 創建服務器ServerSocket對象，對象中傳遞系統要指定的端口號。
   ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
   
   // 使用ServerSocket對象中的方法accept，獲取到請求的客戶端對象Socket。
   Socket socket = serverSocket.accept();
   

2. 第二步

   客戶端：
   
   // 創建一個客戶端對象Socket，構造方法中綁定服務器的IP地址和端口號。
   Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
   
   // 使用Socket對象中的方法getOutputStream()，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象。
   OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
   
   // 使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給服務器發送數據。
   outputStream.write("你好吖！服務器。".getBytes());
   

3. 第三步

   服務器端：
   
   // 使用Socket對象中的方法getInputStream()獲取網絡字節輸入流InputStream對象。
   InputStream inputStream = socket.getInputStream();
   
   // 使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取客戶端發送的數據。
   byte[] bytes = new byte[1024];
   int len = inputStream.read(bytes);
   System.out.println(new String(bytes, 0, len));
   
   // 使用Socket對象中的方法getOutputStream()獲取網絡字節輸出流OutputStream對象。
   OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
   
   // 使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給客戶端回寫數據。
   outputStream.write("收到，謝謝您！客戶端。".getBytes());
   

4. 第四步

   客戶端：
   
   // 使用Socket對象中的方法getInputStream()獲取網絡字節輸入流InputStream對象。
   InputStream  inputStream = socket.getInputStream();
   
   // 使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取服務器回寫的數據。
   byte[] bytes = new byte[1024];
   int len = inputStream.read(bytes);
   System.out.println(new String(bytes, 0, len));
   

5. 第五步

   客戶端：
   
   // 釋放資源(Socket)。
   socket.close();
   

6. 第六步

   服務器端：
   
   // 釋放資源（Socket，ServerSocket）。
   socket.close();
   serverSocket.close();