Java IO之Socket通信

一、通訊協議TCP、UDP

Java Socket通信是基於TCP協議來完成的。講Socket通信之前有必要先了解這兩種底層協議。

• TCP協議是面向連接、保證高可靠性(數據無丟失、數據無失序、數據無錯誤、數據無重複到達)傳輸層協議。TCP協議通過三次握手建立連接，四次握手斷開連接，帶重傳功能的肯定確認來保證可靠傳輸。其中HTTP協議就是基於TCP協議來實現的。HTTP1.0默認短連接，HTTP1.1默認使用長連接，通過Keep-Alive來控制長連接時間，在同一個TCP連接中，只有上一個請求得到響應之後下一個請求才會發送。

• UDP協議是無連接，不保證可靠的傳輸層協議。傳輸數據之前源端和終端不建立連接，當它想傳送時就簡單地去抓取來自應用程序的數據，並儘可能快地把它扔到網絡上。其實“ping”命令的原理就是向對方主機發送UDP數據包，然後對方主機確認收到數據包，如果數據包是否到達的消息及時反饋回來，那麼網絡就是通的。

二、字符流和字節流

java在對文件、圖片、視頻等資源的操作上提供了字符流和字節流的操作方式，但是由於計算機中使用的是二進制來存儲文件，而字符流對文件操作時會經歷編碼和解碼階段，所以字節流的操作要比字符流的操作效率高。但是字符流有很多操作都方便編程人員，對於文件的讀取展現，我們可以使用字符流，免去了我們程序對字節和字符的轉換。除此之外，字符流與字節流還有一個根本的區別。字節流不需要用到緩衝區，而字符流會先將數據放到緩存區再寫入文件。如下例子，我們爲了研究字符流和字節流是否用到緩衝區，不關閉輸出流，因爲在關閉輸出流之前，會將緩衝區的內容全部輸出，類似於調用flush()。

字節流：

package ioTest;

import java.io.FileOutputStream;

public class ByteTest {

    public static void main(String[] arg) {
        try {
            FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("e:/ds2.txt");
            fileOutputStream.write("hello world".getBytes());
            //fileOutputStream.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

結果：文件ds2.txt顯示【hello world】。

字符流：

package ioTest;

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class CharTest {

    public static void main(String[] arg){
        try {
            FileWriter fileWriter = new FileWriter("e:/ds.txt");
            fileWriter.write("hello world");
            //fileWriter.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

結果：文件ds.txt文件內容爲空。

二進制I/O中常用的流操作類
InputStream：FileInputStream、FilterInputStream、ObjectInputStream。
FilterInputStream：DateInputStream、BufferedInputStream。

• FileInputStream以文件、文件名爲構造函數創建輸入流，是大部分輸入流的起始點，其他輸入流通過包裝該輸入流來進行操作。
• DateInputStream通過包裝FileInputStream或其他字節輸入流來構造，提供了多種數據讀取方式，readByte()、readChar()、readInt()、readLine()、readUTF()等等。
• BufferedInputStream在讀取文件時創建緩衝區，默認是512字節。
  ObjectInputStream包含所有DateInputStream的功能，另外還增加了對對象的操作。

文本I/O中常見的流操作
BufferedReader、InputStreamReader、FileReader

• FileReader大部分字符流讀取文件的起點。
• InputStreamReader連通字符流與字節流的樞紐，可以通過字節流來構造該字符流，然後通過其他字符流再包裝該字符流，並且設置編碼方式。如：

new BufferedReader(new InputStreamReader(new
   FileInputStream(fileName),"UTF-8")); 

• BufferedReader在讀取文件時創建緩衝區。

三、通信實現

前面介紹了相關的基礎知識之後就直接上代碼吧，另外對於多線程不太熟悉的朋友自己去補習一下。本程序包含三個類，具體的運行步驟在代碼中做了詳細的解釋：

• SocketClient：socket通信客戶端，運行時可以多次啓動來模擬多個客戶端。
• SocketServer：socket通信服務端，這裏只有一個服務端，對於不同的客戶端請求創建不同的線程來進行處理，通過線程池來進行管理。
• SocketThread：socket通信基礎線程，供服務端調用，用於與客戶端進行交互。

package socketTest;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class SocketClient {

    private DataOutputStream out;//通信輸出流
    private DataInputStream in;//通信輸入流
    private Socket socket;

    public static void main(String[] arg){
        try {
            SocketClient socketClient = new SocketClient();
            socketClient.initParam("127.0.0.1",6644);
            System.out.println("請輸入向服務器發送的內容：");
            socketClient.send();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //初始化參數
    public void initParam(String ipAddress, int port) throws Exception{
        this.socket = new Socket(ipAddress, port);
        this.out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
        this.in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
    }

    //發送內容
    public void send() throws IOException{
        while(true){
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String input = scanner.nextLine();
            out.writeUTF(input);
            out.flush();
            if("exit".equals(input)){
                //獲取服務器端斷開連接的信息
                String serverInput = in.readUTF();
                System.out.println(serverInput);
                //客戶端斷開連接
                System.out.println("客戶端關閉連接");
                in.close();
                out.close();
                socket.close();
                break;
            }
        }
    }
}

package socketTest;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SocketServer{

    private ServerSocket serverSocket;
    private ExecutorService threadPool;
    private static final int THREADCOUNT = 5;

    public static void main(String[] arg){
        SocketServer socketServer = new SocketServer();
        try {
            socketServer.initParam(6644);
            socketServer.getRequest();
        } catch (Exception e) {
            socketServer.threadPool.shutdown();
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //初始化參數
    public void initParam(int port) throws Exception{
        this.serverSocket = new ServerSocket(port);
        this.threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREADCOUNT);
    }

    //獲取客戶端請求
    public void getRequest() throws IOException{
        while (true) {
            Socket socket = this.serverSocket.accept();
            SocketThread socketThread = new SocketThread(socket);
            threadPool.execute(socketThread);
        }
    }
}

package socketTest;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class SocketThread implements Runnable {

    private Socket socket;
    private DataInputStream in;//通信輸入流
    private DataOutputStream out;//通信輸出流

    public SocketThread(Socket socket){
        try {
            this.socket = socket;
            this.in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
            this.out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            String clientInput;
            while((clientInput = in.readUTF())!=null){
                System.out.println(clientInput);
                if("exit".equals(clientInput)){
                    out.writeUTF("服務器已關閉連接");
                    out.close();
                    in.close();
                    socket.close();
                    System.out.println("服務端關閉連接");
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}