Java 網絡IO編程

什麼是Socket

Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口後面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

如下圖所示

我們可以選擇基於TCP或UDP協議進行網絡通信

1. 基於TCP協議進行網絡通信

通過TCP發送數據時，首先要創建連接。建立TCP連接後，TCP保證數據到達另一端，或者它會告訴我們發生了錯誤。

1.1 客戶端

爲了實現通過TCP協議連接到服務器，需要創建一個java.net.Socket並將其連接到服務器。

1.1.1 創建Socket

如下爲連接到ip爲127.0.0.1,端口號爲8000的服務器。ip地址也可以爲域名。

 Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);

1.1.2 將數據寫到Socket

socket.getOutputStream().write("hello world".getBytes());

1.1.3 從Socket讀取數據

InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    while ((len = inputStream.read(data)) != -1) {
        System.out.println(new String(data, 0, len));
    }

• 注意：在讀取文件時，不能通過返回-1來判斷是否讀完這個文件。因爲只有在服務器關閉的情況下連接才返回-1。

1.1.4 關閉Socket

socket.close();

完整代碼如下：

@Slf4j
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        new Thread(() -> {
            try {
                Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);
                for (int i= 0;i<100;i++) {
                    try {
                        socket.getOutputStream().write((new Date() + ": hello world").getBytes());
                        log.info("client發送消息");
                    } catch (Exception e) {
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
            }
        }).start();

        countDownLatch.await();
    }
}

1.2 服務端

爲了實現通過TCP協議來監聽客戶端傳入Java服務器的連接，需要使用到java.net.ServerSocket，當客戶端通過客戶端套接字連接到服務器的ServerSocket時，服務器上會爲該連接分配一個Socket。客戶端和服務器通過Socket-to-Socket方式通信。

1.2.1 創建ServerSocket

如下，創建一個ServerSocket監聽端口8000。

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000);

1.2.2 監聽傳入的連接

while(true){
Socket socket = serverSocket.accept();
//todo:連接後的操作
}

• 注意：只有當前服務線程調用accept()方法時，客戶端的連接才能被接收，除此之外的任何時間都沒有客戶端可以連接到服務器。所以在接收連接後，一般都將Socket放到工作線程執行後續邏輯。

1.2.3 關閉客戶端Socket

當客戶端的請求完成，並且不會從該客戶端收到進一步的請求，則需要將Socket關閉。

socket.close();

1.2.4 關閉服務器端 Socket

如果有需要關閉服務：

serverSocket.close();

完整代碼如下：

@Slf4j
public class TCPServer {

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

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000);

        // (1) 接收新連接線程
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    // (1) 阻塞方法獲取新的連接
                    Socket socket = serverSocket.accept();
                    log.info("service接收消息");
                    // (2) 每一個新的連接都創建一個線程，負責讀取數據
                    new Thread(() -> {
                        log.info("創建線程");
                        try {
                            int len;
                            byte[] data = new byte[1024];
                            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                            // (3) 按字節流方式讀取數據
                            while ((len = inputStream.read(data)) != -1) {
                                log.info(new String(data, 0, len));
                            }
                        } catch (IOException e) {
                        }
                    }).start();

                } catch (IOException e) {
                }

            }
        }).start();

        countDownLatch.await();
    }
}

2. 基於UDP協議進行網絡通信

使用UDP協議，客戶端和服務器之間沒有連接。客戶端可以向服務器發送數據，並且服務器可以（或可以不）接收該數據。客戶端永遠不會知道數據是否在另一端收到。服務器發送數據到客戶端也是如此。

UDP和TCP端口不一樣。計算機可以具有不同的進程，例如在UDP和TCP中同時偵聽端口8000。

2.1 客戶端

2.1.1 創建DatagramSocket

DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

2.1.2 創建DatagramPacket

參數data爲此次通信需要發送的數據，inetAddress爲此次通信的節點地址的ip信息，最後一個參數爲端口號。

InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
byte[] data = "123123123".getBytes();
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(data,data.length,inetAddress,8000);

2.1.3 發送數據

datagramSocket.send(datagramPacket);

完整代碼如下：

public class UDPClient {

    private static DatagramPacket datagramPacket;
    private static InetAddress inetAddress;
    private static DatagramSocket datagramSocket;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
        datagramSocket = new DatagramSocket();
        while (true){
            byte[] data = "123123123".getBytes();
            datagramPacket = new DatagramPacket(data,data.length,inetAddress,8000);
            datagramSocket.send(datagramPacket);
            Thread.sleep(2000);
        }

    }
}

2.2 服務端

2.2.1 創建DatagramSocket

監聽8000端口

DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(8000);

2.2.2 創建DatagramPacket

創建一個緩衝區，接收客戶端發送的數據

byte[] data = new byte[9];
datagramPacket = new DatagramPacket(data,data.length);

2.2.3 接收數據

接收的數據爲byte數組

byte[] receive = datagramPacket.getData();
System.out.println(new String(receive));

完整代碼如下：

public class UDPServer {

    private static DatagramSocket datagramSocket;
    private static DatagramPacket datagramPacket;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        //UDP和TCP端口不一樣。計算機可以具有不同的進程，例如在UDP和TCP中同時偵聽端口80。
        datagramSocket = new DatagramSocket(8000);
        while (true){
            byte[] data = new byte[9];
            datagramPacket = new DatagramPacket(data,data.length);
            datagramSocket.receive(datagramPacket);
            byte[] receive = datagramPacket.getData();
            System.out.println(new String(receive));
        }

    }
}

後記

Java IO編程，每建立一個連接，就需要提供一個單獨的線程從流中讀取數據。儘管可以把事件放到線程池中處理，但當併發量很大的時候，系統開銷仍然是支撐不住的。

參考鏈接：
Jenkov.com
圖片來源：

一碗清水CSDN