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前言

本人是一个刚刚上路的IT新兵,菜鸟!分享一点自己的见解,如果有错误的地方欢迎各位大佬莅临指导,如果这篇文章可以帮助到你,劳请大家点赞转发支持一下!

今天分享的内容是TCP流套接字实现的客户端与服务器的通信，一定要理解 DatagramSocket,DatagramPacket 这两个类的作用以及方法，十分有助于你理解服务器，客户端代码。

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一、理论准备

Socket套接字是什么

Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。

程序猿👨‍💻编写网络程序，主要编写的是 应用层的程序代码 ，但是真正想要发送或接收数据，都是要 通过应用层调用传输层 。

因此传输层就为应用层(为我们编写代码)提供了一组api统称为
Socket api。

简单来说，这一组api是提供给咱们 编写网络程序使用的接口 ， 用来发送 / 接收网络数据使用的接口 。

Socket套接字主要针对传输层协议划分为如下三类：
1️⃣ 数据报套接字：使用传输层UDP协议 (本文重点讲解)
2️⃣ 流套接字：使用传输层TCP协议 (下篇文章重点讲解)
3️⃣原始套接字(不做介绍)

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TCP协议的特点

特点	说明
有连接	刻意保存对端的相关信息
可靠传输	尽全力将数据传输过去不是百分百成功，自己会知道数据传输是否成功
面向字节流	以一个字节为基本单位(一个数据可以分成几份 多次发多次收)
有接收缓冲区，也有发送缓冲区	后续文章介绍
大小不受限	对于要传输的数据大小没有要求
全双工	一条通信路径，双向通信。(可以同时发送和接收数据)

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二、TCP 流套接字提供的API

ServerSocket API

ServerSocket 是 创建TCP服务端Socket的API 。

Server Socket对象可以理解为一个管家，每当有客户端想要连接服务器时，他就会为每个连接进来的服务器提供一个专门伺候他的Socket对象(保姆)

ServerSocket构造方法	方法说明
ServerSocket(int port)	创建一个服务端 流套接字Socket，并绑定到指定端口

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），有客户端连接后，返回一个服务端Socket对象，并基于该Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待
void close()	关闭此套接字

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Socket API

Socket是客户端的Socket，或服务端中接收到客户端建立连接的请求后，accept方法 返回的服务端Socket。 是 创建TCP服务端Socket的API。

Socket对象就是ServerSocket API这个管家分配给每个服务器的保姆

Socket 构造方法	方法说明
Socket(String host, int port)	创建一个客户端流套接字Socket，并与对应IP的主机上，对应端口的进程建立连接

Socket 方法	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，可以直接使用这个输入流读取对端发送的数据
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流，可以直接使用这个输出流向对端发送数据

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三、代码实现请求响应式 客户端服务器

服务器

TCP 流套接字是字节流读取，因此要给每个数据规定一个结束标志，即我们要自定义一个协议，下面就以换行为结束标志当作协议

服务器大致就分为三个功能。
1️⃣ 读取解析客户端发来的请求
2️⃣ 根据请求计算影响
3️⃣ 把响应结果写回客户端

下面代码中一步一步实现了这三个功能，并配有详细的注释帮你快速理解

核心思路：
1️⃣服务器的核心成员属性 ServerSocket serverSocket (管家且只有一个)
2️⃣构造方法要给serverSocket指定端口号便于客户端连接，
每有一个客户端连接服务器，serverSocket就会通过accept方法专门指定一个Socket clientSocket(保姆)，并生成一个独立线程来服务这个客户端。
3️⃣processConnection 方法(服务器处理客户端的主逻辑的方法)，里面负责读取客户端的请求，然后调用process方法(根据请求计算响应的主逻辑)，计算出响应后再返回给客户端。

processConnection 方法通过clientSocket的getInputStream()，getOutputStream()这两个方法得到能与对端直接通信的输入输出流，实现发送与读取功能。

// 服务器
public class TcpEchoServer {// serverSocket 就是管家// clientSocket 就是伺候每个客户端的保姆// serverSocket 只有一个. clientSocket 会给每个客户端都分配一个~private ServerSocket serverSocket = null;// 指定一个端口号绑定，便于客户端连接public TcpEchoServer(int port) throws IOException {this.serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");while (true) {// 如果没有客户端连接，accept方法会阻塞等待Socket clientSocket = serverSocket.accept();// 如果直接调用 processConnection(clientSocket)方法// 那么此时就会进入该方法，无法及时处理其他连接进来的客户端的请求// 解决方案：创建新的线程, 用新线程来调用 processConnection// 每次来一个新的客户端都搞一个新的线程即可!!// 方法1. 每次都手动创建新线程/*Thread t = new Thread(() -> {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});t.start();*/// 方法2. 创建线程池来解决ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();executorService.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}}// 服务器处理客户端请求的主逻辑private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {// 因为对端是通过字节流来发送的数据，因此如果对方发送多条数据，就无法区分数据// 所以要双方约定好，数据的结束标记，遇到结束标记就代表收到了一个完整的数据// 此次客户端服务器使用的结束标记为换行 \nSystem.out.printf("[%s,%d 客户端上线!\n]",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());// try () 这种写法, ( ) 中允许写多个流对象，// 并且会在try结束后，自动调用对应流的close方法// 使用 ; 来分割try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){Scanner scanner = new Scanner(inputStream);// 读PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 写// 没有这个 scanner 和 printWriter, 完全可以!! 但是代价就是得一个字节一个字节扣, 找到哪个是请求的结束标记 \n// 不是不能做, 而是代码比较麻烦.// 为了简单, 把字节流包装成了更方便的字符流~~while (true) {// 如果对端关闭连接，hasNext就会返回false// 如果对端有数据，hasNext就会返回trueif (!scanner.hasNext()) {// 读取的流到了结尾了 (对端关闭了)System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());break;}// 1. 读取请求// 直接使用 scanner 读取一段字符串.// next遇到换行自动停止读取String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回给客户端. 不要忘了, 响应里也是要带上换行 \nprintWriter.println(response);// 该方法会在放送的同时添加换行添加了换行 \n//手动刷新缓冲区printWriter.flush();System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp: %s\n", clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(), request, response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {clientSocket.close();}}// 根据请求计算响应的逻辑private String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {// 实例化服务器对象TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9090);// 启动主逻辑tcpEchoServer.start();}
}

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客户端

客户端大致就分为三个功能。
1️⃣ 读取用户输入的请求
2️⃣ 将请求发送至服务器
3️⃣ 读取服务器的响应
4️⃣ 将响应转换为字符串并打印

下面代码中一步一步实现了这四个功能，并配有详细的注释帮你快速理解

核心思路：
1️⃣服务器的核心成员属性 Socket socket (保姆)
2️⃣构造方法要给socket指定IP地址与端口号与服务器进行连接。
3️⃣start方法(客户端主逻辑),用来向服务器发送请求与读取服务器的响应

start方法通过socket的getInputStream()，getOutputStream()这两个方法得到能与对端直接通信的输入输出流，实现发送与读取功能。

// 客户端
public class TcpEchoClient {private Socket socket = null;public TcpEchoClient(String serverIp,int port) throws IOException {// 这个操作相当于让客户端和服务器建立 tcp 连接.// 这里的连接连上了, 服务器的 accept 就会返回.this.socket = new Socket(serverIp,port);}public void start() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();Scanner scannerFromSocket = new Scanner(inputStream);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream)){while (true) {// 1. 从键盘上读取用户输入的内容.System.out.print("-> ");String request = scanner.next();// 2. 把读取的内容构造成请求, 发送给服务器.//    注意, 这里的发送, 是带有换行的!!printWriter.println(request);printWriter.flush();// 手动刷新缓冲区// 3. 从服务器读取响应内容String response = scannerFromSocket.next();// 4. 把响应结果显示到控制台上.System.out.printf("req: %s; resp: %s\n", request, response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) throws IOException {// 实例化客户端对象TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);// 启动客户端主逻辑tcpEchoClient.start();}
}

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通信结果：

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如何同时多次运行同一个代码

选中第一个即可。

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疑惑解答

为什么服务器进程需要手动指定端口号而客户端进程不需要

服务器的功能是用来处理其他客户端发来的请求，因此需要为客户端提供自己的端口号，方便客户端进行访问。

虽然服务器要给客户端一个响应，但是客户端的IP地址与端口号都可以在客户端发来请求的数据报中获得，因此客户端不需要手动指定端口号

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为什么客户端中的服务器IP与端口号是"127.0.0.1" 与 9090

127.0.0.1 是主机环回地址。主机环回是指地址为 127.0.0.1 的任何数据包都不应该离开计算机（主机），发送它——而不是被发送到本地网络或互联网，它只是被自己“环回”，并且发送数据包的计算机成为接收者。

端口号是9090是因为是随意指定的，当然也有一些特殊端口号被指定分配给了一些牛逼的程序。

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为什么服务器Socket对象要关闭，ServerSocket对象却不用，客户端的Socket对象也不用关闭

Socket对象与ServerSocket对象都会产生文件描述符，如果如果文件描述符表满了会产生文件资源泄露的严重bug，那么为什么有的调用，有的没有调用close方法？？？

服务器的Socket对象为什么要关闭？
因为每有一个客户端连接服务器，服务器当中的就会产生一个Socket对象(保姆)，如果有n个客户端连接服务器，那么服务器就很有可能会产生文件资源泄露，因此服务器的Socket对象在完成业务后，要调用close方法

服务器的ServerSocket对象为什么不用关闭？
服务器就只有唯一一个ServerSocket对象(管家)，他会伴随服务器整个生命周期，调用close的时候，也就是服务器这个进程结束的时候，因此没必要调用，进程结束时会自动将文件关闭。

每个客户端都只有唯一一个Socket对象，他也会伴随整个客户端的生命周期，调用close的时候，也就是客户端这个进程结束的时候，因此没必要调用。

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缓冲区是什么？为什么要手动刷新缓冲区？？？

读写硬盘，读写网卡都视为IO操作

网卡的IO操作很慢，为了提高效率就引入了缓冲区。

假如要往网卡中写入10次，那么就先把这些数据都写进缓冲区，等缓冲区满了，就集中写入网卡1次，这样就尽量减少了IO的操作次数，就提高了效率。

因此只有缓冲区满了，才会真正写入网卡。
因此代码中要手动刷新缓冲区，才能保证无论数据大小都可以及时发送。

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总结

以上就是今天要分享的内容，本文介绍了Socket套接字，以及使用TCP协议的特点以及TCP流套接字实现的客户端与服务器的通信。网络编程让我愈发感觉到了编程的魅力，也让我领略到了科技的神奇。各位加油！

路漫漫不止修身，也养性。