循序渐进Socket网络编程（多客户端、信息共享、文件传输）
循序渐进Socket网络编程（多客户端、信息共享、文件传输）
前言：在最近一个即将结束的项目中使用到了Socket编程，用于调用另一系统进行处理并返回数据。故把Socket的基础知识总结梳理一遍。
1、TCP/IP协议
既然是网络编程，涉及几个系统之间的交互，那么首先要考虑的是如何准确的定位到网络上的一台或几台主机，另一个是如何进行可靠高效的数据传输。这里就要使用到TCP/IP协议。
TCP/IP协议（传输控制协议）由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。IP层负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一的确定Internet上的一台主机。TCP层负责面向应用的可靠的或非可靠的数据传输机制，这是网络编程的主要对象。
2、TCP与UDP
TCP是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。
UDP是一种面向无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
TCP与UDP区别：
TCP特点：
- TCP是面向连接的协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接协议，所以只能用于点对点的通讯。而且建立连接也需要消耗时间和开销。
- TCP传输数据无大小限制，进行大数据传输。
- TCP是一个可靠的协议，它能保证接收方能够完整正确地接收到发送方发送的全部数据。
UDP特点：
- UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。
- UDP传输数据时有大小限制，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
- UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。
TCP与UDP应用：
- TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。
- UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。
3、Socket是什么
Socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。 Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
Socket通讯过程：服务端监听某个端口是否有连接请求，客户端向服务端发送连接请求，服务端收到连接请求向客户端发出接收消息，这样一个连接就建立起来了。客户端和服务端都可以相互发送消息与对方进行通讯。
Socket的基本工作过程包含以下四个步骤：
- 创建Socket；
- 打开连接到Socket的输入输出流；
- 按照一定的协议对Socket进行读写操作；
- 关闭Socket。
4、Java中的Socket
在java.net包下有两个类：Socket和ServerSocket。ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是Socket还是ServerSocket它们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。
列出几个常用的构造方法：
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Socket(InetAddress
address, int port);//创建一个流套接字并将其连接到指定
IP 地址的指定端口号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Socket(InetAddress
address, int port,
InetAddress localAddr, int localPort);//创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口Socket(String
host, int port,
InetAddress localAddr, int localPort);//创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口Socket(SocketImpl
impl);//使用用户指定的
SocketImpl 创建一个未连接 SocketServerSocket(int port);//创建绑定到特定端口的服务器套接字ServerSocket(int port,
int backlog);//利用指定的
backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号ServerSocket(int port,
int backlog,
InetAddress bindAddr);//使用指定的端口、侦听
backlog 和要绑定到的本地 IP地址创建服务器 |
构造方法的参数中，address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端 口号，stream指明socket是流socket还是数据报socket，localPort表示本地主机的端口号，localAddr和bindAddr是本地机器的地址（ServerSocket的主机地址），impl是socket的父类，既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。
注意：必须小心选择端口号。每一个端口提供一种特定的服务，只有给出正确的端口，才 能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留，例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时，最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。
几个重要的Socke方法：
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public InputStream
getInputStream();//方法获得网络连接输入，同时返回一个IutputStream对象实例public OutputStream
getOutputStream();//方法连接的另一端将得到输入，同时返回一个OutputStream对象实例public Socket
accept();//用于产生"阻塞"，直到接受到一个连接，并且返回一个客户端的Socket对象实例。 |
"阻塞"是一个术语，它使程序运行暂时"停留"在这个地方，直到一个会话产生，然后程序继续；通常"阻塞"是由循环产生的。
注意：其中getInputStream和getOutputStream方法均会产生一个IOException，它必须被捕获，因为它们返回的流对象，通常都会被另一个流对象使用。
4、基本的Client/Server程序
以下是一个基本的客户端/服务器端程序代码。主要实现了服务器端一直监听某个端口，等待客户端连接请求。客户端根据IP地址和端口号连接服务器端，从键盘上输入一行信息，发送到服务器端，然后接收服务器端返回的信息，最后结束会话。这个程序一次只能接受一个客户连接。
ps：这个小例子写好后，服务端一直接收不到消息，调试了好长时间，才发现误使用了PrintWriter的print()方法，而BufferedReader的readLine()方法一直没有遇到换行，所以一直等待读取。我晕死~~@_@
客户端程序：
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package com.socket;import java.io.BufferedReader;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWriter;import java.net.Socket;public class SocketClient
{ public static void main(String[]
args) { try { /**
创建Socket*/ //
创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号(本处是本机) Socket
socket = new Socket("127.0.0.1",
2013); //
60s超时 socket.setSoTimeout(60000); /**
发送客户端准备传输的信息 */ //
由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象 PrintWriter
printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream(),
true); //
将输入读入的字符串输出到Server BufferedReader
sysBuff = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); printWriter.println(sysBuff.readLine()); //
刷新输出流，使Server马上收到该字符串 printWriter.flush(); /**
用于获取服务端传输来的信息 */ //
由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象 BufferedReader
bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); //
输入读入一字符串 String
result = bufferedReader.readLine(); System.out.println("Server
say : " +
result); /**
关闭Socket*/ printWriter.close(); bufferedReader.close(); socket.close(); }
catch (Exception
e) { System.out.println("Exception:" +
e); } }} |
服务器端程序：
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package com.socket;import java.io.BufferedReader;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWriter;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;public class SocketServer
{ public static void main(String[]
args) { try { /**
创建ServerSocket*/ //
创建一个ServerSocket在端口2013监听客户请求 ServerSocket
serverSocket = new ServerSocket(2013); while (true)
{ //
侦听并接受到此Socket的连接,请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行 Socket
socket = serverSocket.accept(); /**
获取客户端传来的信息 */ //
由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象 BufferedReader
bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); //
获取从客户端读入的字符串 String
result = bufferedReader.readLine(); System.out.println("Client
say : " +
result); /**
发送服务端准备传输的 */ //
由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象 PrintWriter
printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream()); printWriter.print("hello
Client, I am Server!"); printWriter.flush(); /**
关闭Socket*/ printWriter.close(); bufferedReader.close(); socket.close(); } }
catch (Exception
e) { System.out.println("Exception:" +
e); }finally{//
serverSocket.close(); } }} |
5、多客户端连接服务器
上面的服务器端程序一次只能连接一个客户端，这在实际应用中显然是不可能的。通常的网络环境是多个客户端连接到某个主机进行通讯，所以我们要对上面的程序进行改造。
设计思路：服务器端主程序监听某一个端口，客户端发起连接请求，服务器端主程序接收请求，同时构造一个线程类，用于接管会话。当一个Socket会话产生后，这个会话就会交给线程进行处理，主程序继续进行监听。
下面的实现程序流程是：客户端和服务器建立连接，客户端发送消息，服务端根据消息进行处理并返回消息，若客户端申请关闭，则服务器关闭此连接，双方通讯结束。
客户端程序：
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package com.socket;import java.io.BufferedReader;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWriter;import java.net.Socket;public class SocketClient
{ public static void main(String[]
args) { try { Socket
socket = new Socket("127.0.0.1",
2013); socket.setSoTimeout(60000); PrintWriter
printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream(),
true); BufferedReader
bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); String
result = ""; while(result.indexOf("bye")
== -1){ BufferedReader
sysBuff = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); printWriter.println(sysBuff.readLine()); printWriter.flush(); result
= bufferedReader.readLine(); System.out.println("Server
say : " +
result); } printWriter.close(); bufferedReader.close(); socket.close(); }
catch (Exception
e) { System.out.println("Exception:" +
e); } }} |
服务器端程序：
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package com.socket;import java.io.*;import java.net.*;public class Server
extends ServerSocket
{ private static final int SERVER_PORT
= 2013; public Server()
throws IOException
{ super(SERVER_PORT); try { while (true)
{ Socket
socket = accept(); new CreateServerThread(socket);//当有请求时，启一个线程处理 } }
catch (IOException
e) { }
finally { close(); } } //线程类 class CreateServerThread
extends Thread
{ private Socket
client; private BufferedReader
bufferedReader; private PrintWriter
printWriter; public CreateServerThread(Socket
s) throws IOException
{ client
= s; bufferedReader
= new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream())); printWriter
= new PrintWriter(client.getOutputStream(),
true); System.out.println("Client(" +
getName() + ")
come in..."); start(); } public void run()
{ try { String
line = bufferedReader.readLine(); while (!line.equals("bye"))
{ printWriter.println("continue,
Client(" +
getName() + ")!"); line
= bufferedReader.readLine(); System.out.println("Client(" +
getName() + ")
say: " +
line); } printWriter.println("bye,
Client(" +
getName() + ")!"); System.out.println("Client(" +
getName() + ")
exit!"); printWriter.close(); bufferedReader.close(); client.close(); }
catch (IOException
e) { } } } public static void main(String[]
args) throws IOException
{ new Server(); }} |
6、信息共享
以上虽然实现了多个客户端和服务器连接，但是仍然是消息在一个客户端和服务器之间相互传播。现在我们要实现信息共享，即客户端也可以向其他客户端发送消息，服务器接收客户端的消息然后广播给其他客户端。类似于聊天室的那种功能，实现信息能在多个客户端之间共享。
设计思路：客户端循环可以不停输入向服务器发送消息，并且启一个线程，专门用来监听服务器端发来的消息并打印输出。服务器端启动时，启动一个监听何时需要向客户端发送消息的线程。每次接受客户端连接请求，都启一个线程进行处理，并且将客户端信息存放到公共集合中。当客户端发送消息时，服务器端将消息顺序存入队列中，当需要输出时，从队列中取出广播到各客户端处。
启动服务端和客户端程序（可以启多个客户端），客户端第一次输入任意内容回车与服务器建立连接，然后按提示输入登录用户名，接着就可以以输入的用户名身份进行聊天。客户端输入showuser命令可以查看在线用户列表，输入bye向服务器端申请退出连接。
PS：以下代码在测试时发现了一个中文乱码小问题，当文件设置UTF-8编码时，无论怎样在代码中设置输入流编码都不起作用，输入中文仍然会乱码。把文件设置为GBK编码后，不用在代码中设置输入流编码都能正常显示传输中文。
客户端代码：
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import java.io.BufferedReader;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWriter;import java.net.Socket;public class SocketClient
extends Socket{ private static final String
SERVER_IP = "127.0.0.1"; private static final int SERVER_PORT
= 2013; private Socket
client; private PrintWriter
out; private BufferedReader
in; /** *
与服务器连接，并输入发送消息 */ public SocketClient()
throws Exception{ super(SERVER_IP,
SERVER_PORT); client
= this; out
= new PrintWriter(this.getOutputStream(),
true); in
= new BufferedReader(new InputStreamReader(this.getInputStream())); new readLineThread(); while(true){ in
= new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); String
input = in.readLine(); out.println(input); } } /** *
用于监听服务器端向客户端发送消息线程类 */ class readLineThread
extends Thread{ private BufferedReader
buff; public readLineThread(){ try { buff
= new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream())); start(); }
catch (Exception
e) { } } @Override public void run()
{ try { while(true){ String
result = buff.readLine(); if("byeClient".equals(result)){//客户端申请退出，服务端返回确认退出 break; }else{//输出服务端发送消息 System.out.println(result); } } in.close(); out.close(); client.close(); }
catch (Exception
e) { } } } public static void main(String[]
args) { try { new SocketClient();//启动客户端 }
catch (Exception
e) { } }} |
服务器端代码：
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import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWriter;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import java.util.ArrayList;import java.util.LinkedList;import java.util.List;public class Server
extends ServerSocket
{ private static final int SERVER_PORT
= 2013; private static boolean isPrint
= false;//
是否输出消息标志 private static List
user_list = new ArrayList();//
登录用户集合 private static List<ServerThread>
thread_list = new ArrayList<ServerThread>();//
服务器已启用线程集合 private static LinkedList
message_list = new LinkedList();//
存放消息队列 /** *
创建服务端Socket,创建向客户端发送消息线程,监听客户端请求并处理 */ public Server()
throws IOException
{ super(SERVER_PORT);//
创建ServerSocket new PrintOutThread();//
创建向客户端发送消息线程 try { while (true)
{//
监听客户端请求，启个线程处理 Socket
socket = accept(); new ServerThread(socket); } }
catch (Exception
e) { }
finally { close(); } } /** *
监听是否有输出消息请求线程类,向客户端发送消息 */ class PrintOutThread
extends Thread
{ public PrintOutThread()
{ start(); } @Override public void run()
{ while (true)
{ if (isPrint)
{//
将缓存在队列中的消息按顺序发送到各客户端，并从队列中清除。 String
message = (String) message_list.getFirst(); for (ServerThread
thread : thread_list) { thread.sendMessage(message); } message_list.removeFirst(); isPrint
= message_list.size() > 0 ?
true :
false; } } } } /** *
服务器线程类 */ class ServerThread
extends Thread
{ private Socket
client; private PrintWriter
out; private BufferedReader
in; private String
name; public ServerThread(Socket
s) throws IOException
{ client
= s; out
= new PrintWriter(client.getOutputStream(),
true); in
= new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream())); in.readLine(); out.println("成功连上聊天室,请输入你的名字："); start(); } @Override public void run()
{ try { int flag
= 0; String
line = in.readLine(); while (!"bye".equals(line))
{ //
查看在线用户列表 if ("showuser".equals(line))
{ out.println(this.listOnlineUsers()); line
= in.readLine(); } //
第一次进入，保存名字 if (flag++
== 0)
{ name
= line; user_list.add(name); thread_list.add(this); out.println(name
+ "你好,可以开始聊天了..."); this.pushMessage("Client<" +
name + ">进入聊天室..."); }
else { this.pushMessage("Client<" +
name + ">
say : " +
line); } line
= in.readLine(); } out.println("byeClient"); }
catch (Exception
e) { e.printStackTrace(); }
finally {//
用户退出聊天室 try { client.close(); }
catch (IOException
e) { e.printStackTrace(); } thread_list.remove(this); user_list.remove(name); pushMessage("Client<" +
name + ">退出了聊天室"); } } //
放入消息队列末尾，准备发送给客户端 private void pushMessage(String
msg) { message_list.addLast(msg); isPrint
= true; } //
向客户端发送一条消息 private void sendMessage(String
msg) { out.println(msg); } //
统计在线用户列表 private String
listOnlineUsers() { String
s = "---
在线用户列表 ---\015\012"; for (int i
= 0;
i < user_list.size(); i++) { s
+= "[" +
user_list.get(i) + "]\015\012"; } s
+= "--------------------"; return s; } } public static void main(String[]
args) throws IOException
{ new Server();//
启动服务端 }} |
7、文件传输
客户端向服务器端传送文件，服务端可获取文件名用于保存，获取文件大小计算传输进度，比较简单，直接贴代码。
客户端代码：
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import java.io.DataOutputStream;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.net.Socket;/** *
客户端 */public class Client
extends Socket{ private static final String
SERVER_IP = "127.0.0.1"; private static final int SERVER_PORT
= 2013; private Socket
client; private FileInputStream
fis; private DataOutputStream
dos; public Client(){ try { try { client
= new Socket(SERVER_IP,
SERVER_PORT); //向服务端传送文件 File
file = new File("c:/test.doc"); fis
= new FileInputStream(file); dos
= new DataOutputStream(client.getOutputStream()); //文件名和长度 dos.writeUTF(file.getName()); dos.flush(); dos.writeLong(file.length()); dos.flush(); //传输文件 byte[]
sendBytes = new byte[1024]; int length
= 0; while((length
= fis.read(sendBytes, 0,
sendBytes.length)) > 0){ dos.write(sendBytes,
0,
length); dos.flush(); } }
catch (Exception
e) { e.printStackTrace(); }finally{ if(fis
!= null) fis.close(); if(dos
!= null) dos.close(); client.close(); } }
catch (Exception
e) { e.printStackTrace(); } } public static void main(String[]
args) throws Exception
{ new Client(); }} |
服务器端代码：
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import java.io.DataInputStream;import java.io.File;import java.io.FileOutputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/** *
服务器 */public class Server
extends ServerSocket{ private static final int PORT
= 2013; private ServerSocket
server; private Socket
client; private DataInputStream
dis; private FileOutputStream
fos; public Server()
throws Exception{ try { try { server
= new ServerSocket(PORT); while(true){ client
= server.accept(); dis
= new DataInputStream(client.getInputStream()); //文件名和长度 String
fileName = dis.readUTF(); long fileLength
= dis.readLong(); fos
= new FileOutputStream(new File("d:/" +
fileName)); byte[]
sendBytes = new byte[1024]; int transLen
= 0; System.out.println("----开始接收文件<" +
fileName + ">,文件大小为<" +
fileLength + ">----"); while(true){ int read
= 0; read
= dis.read(sendBytes); if(read
== -1) break; transLen
+= read; System.out.println("接收文件进度" +
100 *
transLen/fileLength + "%..."); fos.write(sendBytes,
0,
read); fos.flush(); } System.out.println("----接收文件<" +
fileName + ">成功-------"); client.close(); } }
catch (Exception
e) { e.printStackTrace(); }
finally { if(dis
!= null) dis.close(); if(fos
!= null) fos.close(); server.close(); } }
catch (Exception
e) { e.printStackTrace(); } } public static void main(String[]
args) throws Exception
{ new Server(); }} |
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