网络编程——TCP协议和通信
第1章 TCP通信
TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。
区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。
而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。
在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。
通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。
客户端Socket类向服务器的ServerSocket类请求连接，实现了数据同路连接，连接同路中，有一个对象建立完毕，这个对象就是IO流对象(字节流)
1.1 ServerSocket
通过前面的学习知道，在开发TCP程序时，首先需要创建服务器端程序。JDK的java.net包中提供了一个ServerSocket类，该类的实例对象可以实现一个服务器段的程序。通过查阅API文档可知，ServerSocket类提供了多种构造方法，接下来就对ServerSocket的构造方法进行逐一地讲解。
使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上（参数port就是端口号）。
接下来学习一下ServerSocket的常用方法，如表所示。
ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。
1.2 Socket
讲解了ServerSocket对象可以实现服务端程序，但只实现服务器端程序还不能完成通信，此时还需要一个客户端程序与之交互，为此JDK提供了一个Socket类，用于实现TCP客户端程序。
通过查阅API文档可知Socket类同样提供了多种构造方法，接下来就对Socket的常用构造方法进行详细讲解。
使用该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址。
该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。
在以上Socket的构造方法中，最常用的是第一个构造方法。
接下来学习一下Socket的常用方法，如表所示。
在Socket类的常用方法中，getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。
接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输，如下图所示。
1.3 简单的TCP网络程序
了解了ServerSocket、Socket类的基本用法，为了让大家更好地掌握这两个类的使用，接下来通过一个TCP通信的案例来进一步学习。如下图所示。
客户端代码：
/** * 实现TCP客户端，连接到服务器 * 和服务器实现数据交换 * 实现TCP客户端程序类java.net.Socket * * 构造方法： * Socket(String host, int port) 传递服务器IP和端口号 * 注意:构造方法只要运行，就会和服务器进行连接，连接失败，抛出异常 * * OutputStream getOutputStream() 返回套接字的输出流 * 作用：将数据输出，输出到服务器 * InputStream getInputStream() 返回套接字的输入流 * 作用：从服务器端读取数据 * * 客户端服务器数据交换，你虚使用套接字对象Socket中获取IO流，自己new的IO流，没用 * Created by YuKai Fan on 2018/8/13. */ public class TCPClient { public static void main(String[] args) throws IOException{ //创建Socket对象，连接服务器 Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888); //通过客户端的套接字方法Socket的方法，获取字节输出流，将输入写向服务器 OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); outputStream.write("服务器OK".getBytes()); //读取服务器发回的数据，使用socket套接字对象中的字节输入流 InputStream inputStream = socket.getInputStream(); byte[] data = new byte[1024]; int len = inputStream.read(data); System.out.println(new String(data,0,len)); socket.close(); } }
服务器端：
/** * 实现TCP服务器程序 * 表示服务器程序类java.net.ServerSocket * * 构造方法： * ServerSocket(int port) 传递端口号 * * 很重要的事情：必须要获取客户端的Socket对象 * Socket accept() * 服务器可以获取到客户端的套接字对象 * Created by YuKai Fan on 2018/8/13. */ public class TCPServer { public static void main(String[] args) throws IOException { ServerSocket server = new ServerSocket(8888); //调用服务器套接字对象中的方法accept() 获取客户端套接字对象 Socket socket = server.accept(); //System.out.println(socket); //通过客户端套接字对象，Socket获取字节输入流,读取的是客户端发送来的数据 InputStream inputStream = socket.getInputStream(); byte[] data = new byte[1024]; int length = inputStream.read(data); System.out.println(new String(data,0,length)); //服务器向客户端回数据，字节输出流，通过客户端套接字对象获取字节输出流 OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); outputStream.write("收到，谢谢".getBytes()); socket.close(); server.close(); } }
TCP中的流对象过程:服务端有两个问题需要解决 (1)需要知道是哪个客户端输出流，(2)ServerSocket本身是没有流操作的，需要用到客户端类Socket的流操作
1.4 文件上传案例
目前大多数服务器都会提供文件上传的功能，由于文件上传需要数据的安全性和完整性，很明显需要使用TCP协议来实现。接下来通过一个案例来实现图片上传的功能。如下图所示。原图：文件上传.bmp
要实现TCP通信需要创建一个服务器端程序和一个客户端程序，为了保证数据传输的安全性，首先需要实现服务器端程序。
/** * 实现TCP图片上传客户端 * 实现步骤： * 1.Socket套接字连接服务器 * 2.通过Socket获取字节输出流，写入图片 * 3.使用自己的流对象，读取图片数据源 * FileInputStream * 4.读取图片，使用字节输出流，将图片写到服务器 * 采用字节数组进行缓冲 * 5.通过Socket套接字获取字节输入流 * 读取服务器发回来的上传成功 * 6.关闭资源 * Created by YuKai Fan on 2018/8/13. */ public class TCPClientPic { public static void main(String[] args) throws IOException { Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8000); //获取字节输出流，将图片写入服务器 OutputStream out = socket.getOutputStream(); //创建字节输入流，读取本机上的数据源图片 FileInputStream fis = new FileInputStream("C:\\Users\\Public\\Pictures\\Sample Pictures\\p_1508807882673.jpg"); //开始读写字节数组 int len = 0; byte[] data = new byte[1024]; while ((len = fis.read(data)) != -1) { out.write(data, 0, len); } //给服务器写终止序列 socket.shutdownOutput(); //获取字节输入流，读取服务器上传成功 InputStream in = socket.getInputStream(); len = in.read(data); System.out.println(new String(data,0,len)); fis.close(); socket.close(); } }
完成了服务器端程序的编写，接下来编写客户端程序。
/** * TCP图片上传服务器 * 1.ServerSocket套接字对象，监听端口号8000 * 2.方法accept()获取客户端连接对象 * 3.客户端连接对象获取字节输入流，读取客户端发送图片 * 4.创建File对象，绑定上传的文件夹 * 判断文件夹是否存在 * 5.创建字节输出流，数据目的File对象所在的文件夹 * 6.字节流读取图片，字节流将图片写入到目的文件夹中 * 7.将上传成功写回客户端 * 8.关闭资源 * Created by YuKai Fan on 2018/8/13. */ public class TCPServerPic { public static void main(String[] args) throws IOException{ ServerSocket server = new ServerSocket(8000); Socket socket = server.accept(); //通过客户端连接对象，获取字节输入流，读取客户端图片 InputStream in = socket.getInputStream(); //将目的文件夹封装到File对象 File upload = new File("d:\\upload"); if (!upload.exists()) { upload.mkdir(); } //防止文件同名，重新定义文件名字 //规则：域名+毫秒值+6位随机数 String filename = "java"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(9999)+".jpg"; //创建字节输出流，将图片写入目的文件夹中 FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload + File.separator + filename); //读写字节数组 byte[] data = new byte[1024]; int len = 0; while ((len = in.read(data)) != -1) {//读到的是客户端的数据，永远也读不到-1，所以一直处于线程等待 fos.write(data,0,len); } socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes()); socket.close(); server.close(); fos.close(); } }
1.5文件上传案例多线程版本
实现服务器端可以同时接收多个客户端上传的文件。
l 我们要修改服务器端代码
/* * 文件上传多线程版本, 服务器端 */ public class TCPServer { public static void main(String[] args) throws IOException { //1,创建服务器，等待客户端连接 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666); //实现多个客户端连接服务器的操作 while(true){ final Socket clientSocket = serverSocket.accept(); //启动线程，完成与当前客户端的数据交互过程 new Thread(){ public void run() { try{ //显示哪个客户端Socket连接上了服务器 InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象 String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串 System.out.println("小样，抓到你了，连接我！！" + "IP:" + ip); //7,获取Socket的输入流 InputStream in = clientSocket.getInputStream(); //8,创建目的地的字节输出流 D:\\upload\\192.168.74.58(1).jpg BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\upload\\"+ip+"("+System.currentTimeMillis()+").jpg")); //9,把Socket输入流中的数据，写入目的地的字节输出流中 byte[] buffer = new byte[1024]; int len = -1; while((len = in.read(buffer)) != -1){ //写入目的地的字节输出流中 fileOut.write(buffer, 0, len); } //-----------------反馈信息--------------------- //10,获取Socket的输出流, 作用：写反馈信息给客户端 OutputStream out = clientSocket.getOutputStream(); //11,写反馈信息给客户端 out.write("图片上传成功".getBytes()); out.close(); fileOut.close(); in.close(); clientSocket.close(); } catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } }; }.start(); } //serverSocket.close(); } }
