【网络编程】——基于TCP协议实现回显服务器及客户端

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收录于专栏【网络编程】【Java系列】
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一、TCP实现回显服务器

TCP提供的API主要有两个类Socket（既会给服务器使用也会给客户端使用）和ServerSocket（一般为服务器使用）。TCP将数据分割成以字节为单位的小数据块进行传输（一个TCP数据报就是一个字节数组byte[]）。

二、服务器端

在服务器端创建一个ServerSocket对象，并绑定一个端口号。

进入while循环：
注意这里和Udp实现回显服务器不同的是,Tcp进入循环之后并不是读取客户端请求,而是先处理客户端的连接（Tcp是一个有连接的协议(Udp是没有连接的协议),所以有连接的话会优先处理连接，连接可以理解为客户端和服务器彼此之间保留对方的信息）。一个服务器要应对很多客户端,在服务器内核中有很多客户端的连接,在应用程序层面我们需要对这些连接进行一一处理，这里服务器内核中的连接就像一个一个的待办事项一样,这些待办事项在队列这样的数据结构中，所以应用程序需要一一完成这样的任务（这个过程类似于生产者消费者模型）。
serverSocket.accept()方法可以将服务器内核中的连接获取到应用程序中

当程序启动之后就会立刻执行到accept方法，在调用serverSocket.accept()方法之后，如果此时没有客户端连接请求到达，该方法会一直阻塞，直到有客户端与服务器成功建立连接才会继续执行。
现在来解释这里的返回值问题，serverSocket.accept()方法会返回一个Socket对象：我们已经直到accept方法会把服务器内核已经建立好的连接拿到应用程序中，但是accpet方法的返回值并非是一个Connection这样的对象，而是Socket这样的对象。
这里返回的Socket对象相当于一个耳麦，既可以发出自己的声音也可以听到对方的声音（我们不需要管对方是谁，我们只需要对着这个耳麦说话就行）。然后我们通过Socket对象与对方进行网络通信
Socket和ServerSocket：
ServerSocket类用于在服务器端创建一个服务器套接字，它监听指定的端口，等待客户端的连接请求：通过调用ServerSocket的accept()方法，服务器监听指定端口，直到有客户端发起连接请求，accept()方法才返回一个表示客户端连接的Socket对象。通过这个Socket对象，可以进行与客户端的通信。
Socket类用于创建一个客户端套接字，它是客户端与服务器进行通信的终点：通过调用Socket的构造方法，指定服务器的主机名和端口号，可以与服务器建立连接。
总的来说：ServerSocket用于监听端口，接受客户端的连接请求并返回一个Socket对象，而Socket用于与服务器建立连接，并进行数据的读写操作。通过这两个类的配合，实现了TCP协议下的客户端与服务器之间的通信。

服务器端代码如下

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;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TcpEchoServer {

    private ServerSocket serverSocket = null;
    private ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
    // 绑定端口号
    public  TcpEchoServer(int port) throws IOException {

        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    // 启动服务器
    public void start() throws IOException {

        System.out.println("服务器启动!!!");
        while(true) {

            // 注意这里和Udp不同的是,Tcp进入循环之后并不是读取客户端请求,而是先处理客户端的连接
            // Tcp是一个有连接的协议(Udp是没有连接的协议),所以有连接的话会优先处理连接
            // 连接可以理解为客户端和服务器彼此之间保留对方的信息
            // 一个服务器要应对很多客户端,在服务器内核中有很多客户端的连接,在应用程序层面我们需要对这些连接进行一一处理
            // 这里服务器内核中的连接就像一个一个的待办事项一样,这些待办事项在队列这样的数据结构中
            // 所以应用程序需要一一完成这样的任务
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
//            Thread t = new Thread(() -> {

//                processConnection(clientSocket);
//            });
//            t.start();
            service.submit(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {

                    processConnection(clientSocket);
                }
            });
        }
    }

    // 通过这个方法来处理连接的逻辑
    private void processConnection(Socket clientSocket) {

        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线啦!!!\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
        // 接下来读取请求，根据请求计算响应，最后再返回响应
        // Socket对象内部包含了两个字节流对象，我们需要先获取到这个字节流对象，然后再完成后续的读写操作
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {

            // 一次连接中可以涉及到多次请求和响应
            while( true ) {

                // 第一步:读取请求并进行解析
                // 这里为了读取方便,我们直接使用Scanner
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                if(!scanner.hasNext()) {

                    // 读取完毕客户端下线

                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!!!\n]",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                // 这里我们约定客户端输入来的请求是文本数据，同时以空白符作为分割
                String request = scanner.next();

                // 第二步:根据请求计算响应
                String response = process(request);

                // 第三步:把响应写回给客户端,把OutputStream使用PrinterWriter进行包装，方法进行数据的传输
                PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
                writer.println(response);

                // 刷新缓冲区
                writer.flush();

                // 打印当前的请求详情
                System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                                                                clientSocket.getPort(),request,response);
            }
        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();
        } finally {

            try {

                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {

                // 这里必须确保Socket能够被关闭
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private String process(String request) {

        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

三、客户端

关于回显服务器这里我们来看客户端的代码是如何进行编写的，主要有4个步骤，如下：

第一步：从控制台上读取用户的输入。
第二部：把输入的内容构造成请求，并将其发送给服务器。
第三步：从服务器读取响应
最后一步：把响应显示到控制台上。

客户端代码如下：

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoClient {

    private Socket socket = null;

    // 要和服务器进行通信的话我们就需要先知道服务器的位置外哪里。
    public TcpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws IOException {

        socket = new Socket(serverIp,serverPort);
    }

    public void start() {

        System.out.println("客户端启动!!!");
        Scanner scannerConsole = new Scanner(System.in);
        try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {

            while(true) {

                // 从控制台输入一个字符串
                System.out.print("-> ");
                String request = scannerConsole.next();
                // 把请求发送给服务器
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                // 使用println加上换行,后续服务器读取请求的时候就可以使用scanner.next来获取了
                printWriter.println(request);
                // 调用flush确保数据发送出去了
                printWriter.flush();
                // 从服务器中读取响应
                Scanner scannerNetwort = new Scanner(inputStream);
                String response = scannerNetwort.next();
                // 把响应打印出来
                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();
    }
}