【JavaEE初阶】 TCP服务器与客户端的搭建
文章目录
- 🌲前言
- 🌴ServerSocket API
- 🎄Socket API
- 🍀TCP中的长短连接
- 🎍建立TCP回显客户端与服务器
- 🚩TCP搭建服务器
- 🚩TCP搭建客户端
- 🚩通信过程展示：
- 🌳多个客户端对一个服务器
- 🚩拓展（IO多路复用/IO多路转接）
- ⭕总结
🌲前言
TCP服务器与客户端的搭建需要借助以下API
TCP之间通信通过流进行传输，无论是服务器还是客户端：读取内容用输入流，写入内容用输出流
🌴ServerSocket API
ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。
ServerSocket 构造方法：
| 方法签名 | 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：
| 方法签名 | 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 |
🎄Socket API
Socket 是客户端Socket，或服务端中接收到客户端建立连接（accept方法）的请求后，返回的服务端Socket。
不管是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接以后，保存的对端信息，及用来与对方收发数据的。
Socket 构造方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| Socket(String host, intport) | 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：
| 方法签名 | 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 |
| OutputStream getOutputStream() | 返回此套接字的输出流 |
🍀TCP中的长短连接
博主在前面的博文里面说到，TCP是面向连接的通信方式，TCP发送数据时，需要先建立连接，而这个连接又分为长短连接：
-
短连接：每次接收到数据并返回响应后，都关闭连接，即是短连接。也就是说，短连接只能一次收发数据。
-
长连接：不关闭连接，一直保持连接状态，双方不停的收发数据，即是长连接。也就是说，长连接可以多次收发数据
对比以上长短连接，两者区别如下：
-
建立连接、关闭连接的耗时：短连接每次请求、响应都需要建立连接，关闭连接；而长连接只需要第一次建立连接，之后的请求、响应都可以直接传输。相对来说建立连接，关闭连接也是要耗时的，长连接效率更高。
-
主动发送请求不同：短连接一般是客户端主动向服务端发送请求；而长连接可以是客户端主动发送请求，也可以是服务端主动发。
-
两者的使用场景有不同：短连接适用于客户端请求频率不高的场景，如浏览网页等。长连接适用于客户端与服务端通信频繁的场景，如聊天室，实时游戏等
拓展：
-
基于BIO（同步阻塞IO）的长连接会一直占用系统资源。对于并发要求很高的服务端系统来说，这样的消耗是不能承受的。
-
由于每个连接都需要不停的阻塞等待接收数据，所以每个连接都会在一个线程中运行。一次阻塞等待对应着一次请求、响应，不停处理也就是长连接的特性：一直不关闭连接，不停的处理请求
-
实际应用时，服务端一般是基于NIO（即同步非阻塞IO）来实现长连接，性能可以极大的提升。
博主下面实现的TCP服务器与客户端属于长连接
🎍建立TCP回显客户端与服务器
什么叫回显客户端与与服务器呢？
其实就是：客户端向服务端发送请求，一般来说我们的服务端会对我们发送的请求进行处理，我们这里为了简单，就省略里面的处理过程，只实现将请求重新发回客户端，不做任何处理。
🚩TCP搭建服务器
我们分为以下几步来实现：
-
创建TcpEchoServer类来表示我们的服务器，并创建ServerSocket对象，初始值为null
-
在TcpEchoServer的构造方法里进行ServerSocket对象的实例化
-
用一个start()方法表示启动程序
-
在该方法内我们首先要使用accept()进行连接，并用Socket对象进行接收
-
我们再用一个processConnection(Socket clientSocket)方法处理我们的连接
由于我们的TCP传输是以流的形式传播的，所以我们这里用到了读写数据流的方法来进行书写，不会这一部分的小伙伴，可以去看看博主所写《【JavaEE初阶】 文件内容的读写 —— 数据流》进行查看学习
接下来我们书写这个processConnection(Socket clientSocket)方法
-
读取请求，构造输入流的Scanner，并判断后面如果没有数据就关闭连接
-
然后我们将读取的数据交给我们的 response()构造响应
-
响应后的数据写入该套接字的输出流中，最后flush()，进行刷新，确保写入
为了释放资源，我们每一次交互完毕都需要对我们的套接字进行关闭，这里我们使用fially来进行处理
代码实现如下：
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoServer {
private ServerSocket serverSocket = null;
public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
serverSocket = new ServerSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动服务器");
Socket socket = serverSocket.accept();
processConnection(socket);
}
// 使用这个方法来处理一个连接.
// 这一个连接对应到一个客户端. 但是这里可能会涉及到多次交互.
private void processConnection(Socket clientSocket) {
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线!
", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
// 基于上述 socket 对象和客户端进行通信
try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
// 由于要处理多个请求和响应, 也是使用循环来进行.
while (true) {
// 1. 读取请求
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
if (!scanner.hasNext()) {
// 没有下个数据, 说明读完了. (客户端关闭了连接)
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!
", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
break;
}
// 注意!! 此处使用 next 是一直读取到换行符/空格/其他空白符结束, 但是最终返回结果里不包含上述 空白符 .
String request = scanner.next();
// 2. 根据请求构造响应
String response = process(request);
// 3. 返回响应结果.
// OutputStream 没有 write String 这样的功能. 可以把 String 里的字节数组拿出来, 进行写入;
// 也可以用字符流来转换一下.
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
// 此处使用 println 来写入. 让结果中带有一个
换行. 方便对端来接收解析.
printWriter.println(response);
// flush 用来刷新缓冲区, 保证当前写入的数据, 确实是发送出去了.
printWriter.flush();
System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp: %s
", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort(),
request, response);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 更合适的做法, 是把 close 放到 finally 里面, 保证一定能够执行到!!
try {
clientSocket.close();
clientSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
server.start();
}
}
服务端启动展示
🚩TCP搭建客户端
搭建客户端我们也可以分为以下几步：
-
创建TcpEchoClient类表示我们的客户端，创建Soket对象用于与客户端通信·
-
再TcpEchoClient构造方法里进行实例化Socket的对象
-
创建start()方法用于我们的操作
-
读取键盘所要输入的数据
-
将所读的数据通过输出流进行写入
-
读取响应的输入流，进行打印
-
main函数中进行启动
代码实现如下：
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
// Socket 构造方法, 能够识别 点分十进制格式的 IP 地址. 比 DatagramPacket 更方便.
// new 这个对象的同时, 就会进行 TCP 连接操作.
socket = new Socket(serverIp, serverPort);
}
public void start() {
System.out.println("客户端启动!");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
while (true) {
// 1. 先从键盘上读取用户输入的内容
System.out.print("> ");
String request = scanner.next();
if (request.equals("exit")) {
System.out.println("goodbye");
break;
}
// 2. 把读到的内容构造成请求, 发送给服务器.
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(request);
// 此处加上 flush 保证数据确实发送出去了.
printWriter.flush();
// 3. 读取服务器的响应
Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);
String response = respScanner.next();
// 4. 把响应内容显示到界面上
System.out.println(response);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
client.start();
}
}
客户端启动展示：
🚩通信过程展示：
🌳多个客户端对一个服务器
在博主写的【JavaEE初阶】 UDP服务器与客户端的搭建中多个客户端面对一个服务器的时候，我们只需要进行设置以下即可，但是了，在我们上述写的TCP代码中是不可行的，就算可以启动，但是后续的客户端会出现阻塞，并不会执行相应响应
这是因为这里是可连接的，当一个客户端与服务器进行建立后，后面的线程就只能等待。
就相当于你正在和你的女朋友打电话，这时候你兄弟打电话来了，你就只能让你兄弟先等着，等你和你女朋友打完电话后，才可以接你兄弟的电话
那我们的解决方法是什么呢？
这里用的解决方法是对服务器用多线程进行处理，使得服务器可以和多台客户端进行通信。由于我们在实际开发环境中客户端非常的多，而我们频繁创建销毁线程会增加开销，所以我们这里有用了一个线程池来实现
对上述服务器修改的代码如下：
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动服务器");
// 此处使用 CachedThreadPool, 使用 FixedThreadPool 不太合适 (线程数不太应该是有固定的....)
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
while (true) {
// 使用这个 clientSocket 和具体的客户端进行交流.
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
// 此处使用多线程来处理.
// 这里的多线程版本的程序, 最大的问题就是可能会涉及到频繁申请释放线程.
// Thread t = new Thread(() -> {
// processConnection(clientSocket);
// });
// t.start();
// 使用线程池.
threadPool.submit(() -> {
processConnection(clientSocket);
});
}
}
🚩拓展（IO多路复用/IO多路转接）
上述代码解决了多个客户端与一个服务器通信的问题，但是呢，在实际应用中，要是客户端太多，且客户端都不退出通信，这时候服务器被占满了，后续就无法处理个更多客户端
这时候呢，有两种解决方法：
- 增加服务器的数量
但是呢，这种方法虽然好，但是缺点是需要钱来购买服务器
- 所以我们一般采用另一种更省钱的做法，这时候操作系统就提供了一种API，也就是IO多路复用/IO多路转接
简单理解就是客户端在进行IO操作时可能有很多的空闲时间，这时候该线程处于空闲的状态，这时候就可以让该线程去做一些其他的操作，等空闲时间一过，又立即回来继续执行
这样即省钱，又可以容纳更多的客户端进行通信。这里博主只是扩展一下哎，所以就不做过多赘述了。
⭕总结
关于《【JavaEE初阶】 TCP服务器与客户端的搭建》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！
