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Java Socket實現基於TCP和UDP多線程通信

一.通過Socket實現TCP編程

1.1 TCP編程

  TCP協議是面向連接,可靠的,有序的,以字節流的方式發送數據。基於TCP協議實現網絡通信的類有客戶端的Socket類和服務器端的ServerSocket類。

1.2 服務器端套路

  1.創建ServerSocket對象,綁定監聽端口。

  2.通過accept()方法監聽客戶端請求。

  3.連接建立後,通過輸入流讀取客戶端發送的請求信息。

  4.通過輸出流向客戶端發送響應信息。

  5.關閉響應的資源。

1.3 客戶端套路

  1.創建Socket對象,指明需要連接的服務器的地址和端口號。

  2.連接建立後,通過輸出流向服務器發送請求信息。

  3.通過輸入流獲取服務器響應的信息。

  4.關閉相應資源。

1.4 多線程實現服務器與多客戶端之間通信步驟

  1.服務器端創建ServerSocket,循環調用accept()等待客戶端連接。

  2. 客戶端創建一個socket並請求和服務器端連接。

  3.服務器端接受客戶端請求,創建socket與該客戶建立專線連接。

  4.建立連接的兩個socket在一個單獨的線程上對話。

  5.服務器端繼續等待新的連接。

1.5 創建處理線程類ServerThread

  這裡選擇實現runnable接口而不是繼承Thread是因為一個類只能繼承一個父類,當我需要繼承其他類的時,父類就就不好處理了。

package com.linuxidc;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

public class ServerThread implements Runnable{

    Socket socket = null;//和本線程相關的Socket
        
    public ServerThread(Socket socket) {
    this.socket = socket;
}

    @Override
    public void run() {
        InputStream is = null;
        InputStreamReader isr = null;
        BufferedReader br = null;
        OutputStream os = null;
        PrintWriter pw = null;
        try {
            //與客戶端建立通信,獲取輸入流,讀取取客戶端提供的信息
            is = socket.getInputStream();
            isr = new InputStreamReader(is,"GBK");
            br = new BufferedReader(isr);
            String data = null;
            while((data=br.readLine()) != null){//循環讀取客戶端的信息
                System.out.println("我是服務器,客戶端提交信息為:"+data);
            }
            socket.shutdownInput();//關閉輸入流
            
            //獲取輸出流,響應客戶端的請求
            os = socket.getOutputStream();
            pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("服務器端響應成功!");
            pw.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //關閉資源即相關socket
            try {
                if(pw!=null)
                    pw.close();
                if(os!=null)
                    os.close();
                if(br!=null)
                    br.close();
                if(isr!=null)
                    isr.close();
                if(is!=null)
                    is.close();
                if(socket!=null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            
        }
        
    }

} 

1.6 創建服務器端類

  使用while以達到可以循環偵聽不同客戶端的連接請求。因為這是一個死循環,所以不用關閉也沒有機會去關閉serverSocket。設置count值,用於記錄服務器端被連接過的次數並顯示客戶端所在ip值。如果線程處理類是繼承Thread類,那麼創建新線程代碼可以改為ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);serverThread.start();

package com.linuxidc;

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //創建一個服務器端的Socket,即ServerSocket,綁定需要監聽的端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = null;
            //記錄連接過服務器的客戶端數量
            int count = 0;
            System.out.println("***服務器即將啟動,等待客戶端的連接***");
            while(true){//循環偵聽新的客戶端的連接
                //調用accept()方法偵聽,等待客戶端的連接以獲取Socket實例
                socket = serverSocket.accept();
                //創建新線程
                Thread thread = new Thread(new ServerThread(socket));
                thread.start();

                count++;
                System.out.println("服務器端被連接過的次數:"+count);
                InetAddress address = socket.getInetAddress();
                System.out.println("當前客戶端的IP為:"+address.getHostAddress());
            }            
            //serverSocket.close();一直循環監聽,不用關閉連接
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 1.7 創建客戶端類

  在後面的關閉資源中,我把輸入輸出相關的流關閉注釋了,是因為對於同一個Socket,關閉socket的時候也會把輸入輸出流關閉,直接關閉socket就行,當然保留��是可以的。

package com.linuxidc;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //創建客戶端Socket,指定服務器地址和端口
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            //建立連接後,獲取輸出流,向服務器端發送信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            //輸出流包裝為打印流
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            //向服務器端發送信息
            pw.write("用戶名:zzh;密碼:123");//寫入內存緩沖區
            pw.flush();//刷新緩存,向服務器端輸出信息
            socket.shutdownOutput();//關閉輸出流
            
            //獲取輸入流,接收服務器端響應信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is, "GBK"));
            String data = null;
            while((data=br.readLine())!= null){
                System.out.println("我是客戶端,服務器端提交信息為:"+data);
            }
            
            //關閉其他資源
//            br.close();
//            is.close();
//            pw.close();
//            os.close();
            socket.close();
        
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
} 

1.8 先運行服務器端,在運行客戶端

 

此時在看服務器控制台:服務器端一直在循環偵聽客戶端的連接

 

 1.9 進行第二個客戶端的連接

  修改相應信息將用戶名zzh改為admin。運行客戶端,打開服務端控制台

  

輸出客戶端的ip都為127.0.0.1,是因為服務器和客戶端都是本機,在真實的環境中會顯示客戶端的ip地址信息。

二. 通過Socket實現UDP編程

2.1 UDP編程

  UDP協議又叫用戶數據報協議,是無連接,不可靠的,無序的。特點是傳輸速度相對要快,UDP協議以數據報作為數據傳輸的載體。當進行數據傳輸時,首先需要將要傳輸的數據定義成數據報(Datagram),在數據報中指明數據所要達到的Socket(主機地址和端口號),然後再將數據報發送出去。相關操作類有:DatagramPacket數據報包,DatagramSocket進行端到端通信的類。

2.2 服務器端實現套路

  1.創建DatagramSocket,指定端口號。2.創建DatagramPacket。3.接收客戶端發送的數據信息。4.讀取數據。

2.3 客戶端實現套路

  1.定義發送信息,比如發送地址,端口號和內容。2. 創建DatagramPacket,包含將要發送的信息。3.創建DatagramSocket。4.發送數據。

2.4 多線程實現服務器與多客戶端之間通信步驟

  1.服務器端創建DatagramSocket的實例socket,循環調用receive()方法,此方法在接收到數據報之前會一直阻塞。

  2.客戶端創建DatagramSocket,將含有地址,端口號和內容的數據報包發送出去。

  3. 服務器端收到數據報包packet,通過DatagramSocket和packet與客戶端建立一個線程

  4. 服務器端繼續等待新的數據報包。

  5. 發送方的DatagramPacket構造方法傳遞四個參數包含數據內容,數據大小,地址和端口號。接收方的DatagramPacket構造方法有兩個參數接收數據和數據大小。

2.5 創建服務器線程處理類UDPThread

  注意,DatagramSocket的實例socket不能關閉,會出現SocketException。讀取數據用到的new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()),參數表示數據報中的字節數組,位置和長度。

package com.linuxidc;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPThread implements Runnable{
    
    DatagramSocket socket = null;
    DatagramPacket packet = null;
    

    public UDPThread(DatagramSocket socket,DatagramPacket packet) {
        this.socket = socket;
        this.packet = packet;
    }

    @Override
    public void run() {
        String info = null;
        InetAddress address = null;
        int port = 8800;
        byte[] data2 = null;
        DatagramPacket packet2 = null;
        try {
            info = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
            System.out.println("我是服務器,客戶端說:"+info);
            
            address = packet.getAddress();
            port = packet.getPort();
            data2 = "我在響應你!".getBytes();
            packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
            socket.send(packet2);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //socket.close();不能關閉         
    }

}

2.6 創建服務器端類

package com.linuxidc;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
        DatagramPacket packet = null;
        byte[] data = null;
        int count = 0;
        System.out.println("***服務器端啟動,等待發送數據***");
        while(true){
            data = new byte[1024];//創建字節數組,指定接收的數據包的大小
            packet = new DatagramPacket(data, data.length);
            socket.receive(packet);//此方法在接收到數據報之前會一直阻塞
            Thread thread = new Thread(new UDPThread(socket, packet));
            thread.start();
            count++;
            System.out.println("服務器端被連接過的次數:"+count);
            InetAddress address = packet.getAddress();
            System.out.println("當前客戶端的IP為:"+address.getHostAddress());
            
        }
        
    }
}

 之前我將new DatagramSocket放入了while循環中,報了java.net.BindException: Address already in use: Cannot bind,才知道不能在while中連續創建新的DatagramSocket對象。

2.7 創建客戶端類

package com.linuxidc;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //定義服務器的地址,端口號,數據
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 8800;
        byte[] data = "用戶名:admin;密碼:123".getBytes();//將字符串轉換為字節數組
        //創建數據報
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
        //創建DatagramSocket,實現數據發送和接收
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        //向服務器端發送數據報
        socket.send(packet);
        
        //接收服務器響應數據
        byte[] data2 = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
        socket.receive(packet2);
        String info = new String(data2, 0, packet2.getLength());
        System.out.println("我是客戶端,服務器說:"+info);
        socket.close();
    }
} 

2.8 先運行服務器端,在運行客戶端

2.9 修改客戶端信息,再次運行客戶端

 服務器控制台:服務器端一直在循環等待接收客戶端的數據。

三. 總結

  這兩個例子只是簡單的實現了基於TCP和UDP的socket編程,其中像多線程的優先級等都暫且沒做考慮,不過依然要強調一下,服務器與多個客戶端進行通信,因為是死循環,不設置多線程優先級,可能會導致運行時速度非常慢,優先級的范圍1-10,默認為5,我們可以適當降低線程的優先級,比如thread.setPriority(4);

  對於同一個socket,如果關閉了輸出流比如(pw.close()),則與該輸出流關聯的socket也會關閉,所以一般不需要關閉輸出流,當關閉socket的時候,輸出流也會關閉,直接關閉socket就行。

  在使用TCP通信傳輸信息時,更多是使用對象的形式來傳輸,可以使用ObjectOutputStream對象序列化流來傳遞對象,比如ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());User user = new User("admin","123"); os.writeObject(user);

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