Java Socket

来源:http://www.cnblogs.com/xrq730/archive/2016/01/05/5087354.html
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什麼是SocketSocket的概念很簡單，它是網路上運行的兩個程式間雙向通訊的一端，既可以接收請求，也可以發送請求，利用它可以較為方便地編寫網路上數據的傳遞。所以簡而言之，Socket就是進程通信的端點，Socket之間的連接過程可以分為幾步：1、伺服器監聽伺服器端Socket並不定位具體的客戶端...


什麼是Socket

Socket的概念很簡單，它是網路上運行的兩個程式間雙向通訊的一端，既可以接收請求，也可以發送請求，利用它可以較為方便地編寫網路上數據的傳遞。

所以簡而言之，Socket就是進程通信的端點，Socket之間的連接過程可以分為幾步：

1、伺服器監聽

伺服器端Socket並不定位具體的客戶端Socket，而是處於等待連接的狀態，實時監控網路狀態

2、客戶端請求

客戶端Socket發出連接請求，要連接的目標是服務端Socket。為此，客戶端Socket必須首先描述它要連接的服務端Socket，指出服務端Socket的地址和埠號，然後就向服務端Socket提出連接請求

3、連接確認

當服務端Socket監聽到或者說是接收到客戶端Socket的連接請求，它就響應客戶端Socket的請求，建立一個新的線程，把服務端Socket的描述發給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，連接就好了。而服務端Socket繼續處於監聽狀態，繼續接收其他客戶端套接字的連接請求

 

TCP/IP、HTTP、Socket的區別

這三個概念是比較容易混淆的概念，這裡儘量解釋一下三者之間的區別。

隨著電腦網路體繫結構的發展，OSI七層網路模型誕生了，這個模型把開放系統的通信功能劃分為七個層次，一次完整的通信如下圖：

每一層都是相互獨立的，它利用其下一層提供的服務併為其上一層提供服務，而與其它層的具體實現無關，所謂"服務"就是下一層向上一層提供的通信功能和層之間的會話約定，一般用通信原語實現。上圖中，從下至上分別給層編號為1~7，其中1~4層為下層協議，5~7層為上層協議，接著回到我們的概念：

1、TCP/IP講的其實是兩個東西：TCP和IP。IP是一種網路層的協議，用於路由選擇、網路互連

2、TCP是一種傳輸層協議，用於建立、維護和拆除傳送連接，在系統之間提供可靠的透明的數據傳送

3、HTTP是一種應用層協議，提供OSI用戶服務，例如事物處理程式、文件傳送協議和網路管理等，其目的最終是為了實現應用進程之間的信息交換

至於Socket，它只是TCP/IP網路的API而已，Socket介面定義了許多函數，用以開發TCP/IP網路上的應用程式，組織數據，以符合指定的協議。

 

Socket的兩種模式

Socket有兩種主要的操作方式：面向連接和無連接的。面向連接的Socket操作就像一部電話，必須建立一個連接和一人呼叫，所有事情在達到時的順序與它們出發時的順序一樣，無連接的Socket操作就像是一個郵件投遞，沒有什麼保證，多個郵件可能在達到時的順序與出發時的順序不一樣。

到底使用哪種模式是由應用程式的需要決定的。如果可靠性更重要的話，用面向連接的操作會好一些，比如文件伺服器需要數據的正確性和有序性，如果一些數據丟失了，系統的有效性將會失去；比如一些伺服器間歇性地發送一些數據塊，如果數據丟失了的話，伺服器並不想要再重新發送一次，因為當數據到達的時候，它可能已經過時了。確保數據的有序性和正確性需要額外的操作的記憶體消耗，額外的消耗將會降低系統的回應速率。

無連接的操作使用數據報協議。一個數據報是一個獨立的單元，它包含了所有這次投遞的信息，就像一個信封，它有目的地址和要發送的內容，這個模式下的Socket並不需要連接一個目的Socket，它只是簡單地透出數據報，無連接的操作是快速、高效的，但是數據安全性不佳。

面向連接的操作使用TCP協議。一個這個模式下的Socket必須在發送數據之前與目的地的Socket取得一個連接，一旦連接建立了，Socket就可以使用一個流介面：打開-->讀-->寫-->關閉，所有發送的信息都會在另一端以同樣的順序被接收。面向連接的操作比無連接的操作效率更低，但是數據的安全性更高。

 

利用Java開發Socket

在Java中面向連接的類有兩種形式，它們分別是客戶端和伺服器端，先看一下伺服器端：

public class HelloServer
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        ServerSocket serverSocket = null;
        
        try
        {
            // 實例化一個伺服器端的Socket連接
            serverSocket = new ServerSocket(9999);
        } 
        catch (IOException e)
        {
            System.err.print("Could not listen on port:9999");
            System.exit(1);
        }
        
        Socket clientSocket = null;
        try
        {
            // 用於接收來自客戶端的連接
            clientSocket = serverSocket.accept();
        } 
        catch (IOException e)
        {
            System.err.println("Accept failed");
            System.exit(1);
        }
        
        // 客戶端有數據了就向屏幕列印Hello World
        System.out.print("Hello World");
        clientSocket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

此代碼的作用就是構造出服務端Socket，並等待來自客戶端的消息。當然，此時運行代碼是沒有任何反應的，因為服務端在等待客戶端的連接。下麵看一下客戶端代碼如何寫：

 1 public class HelloClient
 2 {
 3     public static void main(String[] args) throws IOException
 4     {
 5         Socket socket = null;
 6         BufferedReader br = null;
 7         
 8         // 下麵這段程式，用於將輸入輸出流和Socket相關聯
 9         try
10         {
11             socket = new Socket("localhost", 9999);
12             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
13         } 
14         catch (UnknownHostException e)
15         {
16             System.err.println("Don't know about host:localhost");
17             System.exit(1);
18         }
19         catch (IOException e)
20         {
21             System.err.println("Could not get I/O for the connection");
22             System.exit(1);
23         }
24         
25         System.out.print(br.readLine());
26         br.close();
27         socket.close();
28     }
29 }

此時只需要先運行HelloServer，再運行HelloClient，保證伺服器先監聽，客戶端後發送，就可以在控制臺上看到"Hello World"了。

 

改進版本的Socket

上面的Socket演示的效果是，伺服器端Socket收到了來自客戶端Socket的數據，但是並沒有真正地體現伺服器端Socket和客戶端Socket的交互，下麵演示一下利用Socket進行伺服器端和客戶端的交互，首先是伺服器端的：

 1 public class EchoServer
 2 {
 3     public static void main(String[] args) throws IOException
 4     {
 5         ServerSocket ss = null;
 6         PrintWriter pw = null;
 7         BufferedReader br = null;
 8         
 9         try
10         {
11             // 實例化監聽埠
12             ss = new ServerSocket(1111);
13         } 
14         catch (IOException e)
15         {
16             System.err.println("Could not listen on port:1111");
17             System.exit(1);
18         }
19         Socket incoming = null;
20         while (true)
21         {
22             incoming = ss.accept();
23             pw = new PrintWriter(incoming.getOutputStream(), true);
24             // 先將位元組流通過InputStreamReader轉換為字元流，之後將字元流放入緩衝之中
25             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(incoming.getInputStream()));
26             // 提示信息
27             pw.println("Hello!...");
28             pw.println("Enter BYE to exit");
29             pw.flush(); 
30             // 沒有異常則不斷迴圈
31             while (true)
32             {
33                 // 只有當用戶輸入時才返回數據
34                 String str = br.readLine();
35                 // 當用戶連接斷掉時會返回空值null
36                 if (str == null)
37                 {
38                     // 退出迴圈
39                     break;
40                 }
41                 else
42                 {
43                     // 對用戶輸入字元串加首碼Echo並將此信息列印到客戶端
44                     pw.println("Echo：" + str);
45                     pw.flush();
46                     // 退出命令，equalsIgnoreCase()是不區分大小寫的
47                     if ("BYE".equalsIgnoreCase(str.trim()))
48                     {
49                         break;
50                     }
51                 }
52             }
53             // 該close的資源都close掉
54             pw.close();
55             br.close();
56             incoming.close();
57             ss.close();
58         }
59     }
60 }

接著是客戶端的：

 1 public class EchoClient
 2 {
 3     public static void main(String[] args) throws IOException
 4     {
 5         Socket socket = null;
 6         PrintWriter pw = null;
 7         BufferedReader br = null;
 8         
 9         try
10         {
11             socket = new Socket("localhost", 1111);
12             pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
13             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
14         }
15         catch (UnknownHostException e)
16         {
17             System.err.println("Don't know abount host:localhost");
18             System.exit(1);
19         }
20         System.out.println(br.readLine());
21         System.out.println(br.readLine());
22         BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
23         String userInput;
24         // 將客戶端Socket輸入流（即伺服器端Socket的輸出流）輸出到標準輸出上
25         while ((userInput = stdIn.readLine()) != null)
26         {
27             pw.println(userInput);
28             System.out.println(br.readLine());
29         }
30         // 同樣的，將該關閉的資源給關閉掉
31         pw.close();
32         br.close();
33         socket.close();
34     }
35 }

看一下運行結果：

這正是我們程式要達到的效果，客戶端不管輸入什麼，伺服器端都給輸入拼接上"Echo："返還給客戶端並列印在屏幕上。

 

服務端多監聽

程式寫到上面，已經基本成型了，不過還有一個問題：現實情況中，一個伺服器端的Socket不可能只對應一個客戶端的Socket，必然一個伺服器端的Socket可以接收來自多個客戶端的Socket的請求。

解決上述問題的辦法就是多線程。大致代碼是這樣的：

public class HandleThread extends Thread
{
    private Socket socket;
    
    public HandleThread(Socket socket)
    {
        this.socket = socket;
    }
    
    public void run()
    {
        // Socket處理代碼
    }
}
public static void main(String[] args) throws IOException
{
    ServerSocket serverSocket = null;
    
    try
    {
        // 實例化一個伺服器端的Socket連接
        serverSocket = new ServerSocket(9999);
    } 
    catch (IOException e)
    {
        System.err.print("Could not listen on port:9999");
        System.exit(1);
    }
        
    Socket clientSocket = null;
    try
    {
                while (true)
                {
            // 用於接收來自客戶端的連接
            clientSocket = serverSocket.accept();
                    new HandleThread(clientSocket).start();
            }
        } 
    catch (IOException e)
    {
        System.err.println("Accept failed");
        System.exit(1);
    }
}

即，伺服器端啟動一個永遠運行的線程，監聽來自客戶端的Socket，一旦客戶端有Socket到來，即開啟一個新的線程將Socket交給線程處理。

值得一提的是，這種Socket IO的處理方式，是一種阻塞性的IO操作，也就是說一個客戶端的Socket必然對應一條伺服器端的Socket線程，且Socket未處理完無法釋放該線程，這並不是一種好的辦法。進一步改進，可以使用NIO，NIO採用了Reactor模式，利用事件驅動機制，可以使用幾條較少的線程就處理多客戶端的請求。

 


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