Java TCP 网络编程：从可靠传输到 Socket 实战

Java TCP 网络编程：从可靠传输到 Socket 实战

TCP 与 UDP 的区别与相同点

1. TCP 是有连接的，UDP 无连接。
2. TCP 是面向字节流的，UDP 是面向数据报的。
3. TCP 是可靠传输的，UDP 是不可靠传输的。
4. TCP 和 UDP 都是全双工的。

连接机制

• UDP：每次发送数据报都要指定对方的地址（UDP 没有存储这个信息）。
• TCP：不需要手动指定，内核自动和客户端建立连接（TCP 三次握手）。对于应用程序来说，客户端发起'建立连接'，服务器端通过 ServerSocket 获取内核中已建立的连接。

ServerSocket 负责绑定端口号，并通过 accept() 方法将建立好的连接拿过来。如果瞬间有很多连接，类似于生产者消费者模型中的阻塞等待。

ServerSocket 与 Socket API 说明

• ServerSocket：给服务器使用的类，用来绑定端口号，负责把系统内核里面已经建立好的连接从队列里面拿过来。
• Socket：既会给服务器使用，也会给客户端使用，通过 socket 对象和客户端进行交互。
• 这两个类都是用来表示 socket 文件的，抽象了网卡这样的硬件设备。

TCP 服务端实战代码演示

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;

    public TcpEchoServer(int serverPort) throws IOException {
        // 利用系统 API 从内核中取到已经建立好的连接
        serverSocket = new ServerSocket(serverPort);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        while (true) {
            // 一直不断地从内核里面拿我们已经建立好的连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            
            // 线程池是更好的选择，避免频繁创建和销毁线程的开销
            ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
            service.submit(() -> possessCollection(clientSocket));
        }
    }

    public void possessCollection(Socket clientSocket) {
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            while (true) {
                if (!scanner.hasNext()) {
                    System.out.printf("[%s,%d] 客户端下线\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                String request = scanner.next();
                String response = process(request);
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(response);
                printWriter.flush();
                System.out.printf("[%s,%d] req=%s resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(), request, response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                clientSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9090);
        tcpEchoServer.start();
    }
}

资源管理说明

为什么 ServerSocket 对象没有进行 close 操作，而 Socket 对象需要 close？

• 文件资源泄露：一直频繁申请但是一直不释放会造成泄露。
• ServerSocket：从头到尾只创建过一次对象，生命周期伴随着进程消失，JVM 会在进程结束时回收，因此不需要特地回收。
• Socket：每个连接对应一个 Socket 对象，处理完后必须关闭以释放资源。

TCP 客户端实战代码演示

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoClient {
    private Socket socket = null;

    public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException {
        socket = new Socket(serverIP, serverPort);
    }

    public void start() {
        System.out.println("->");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
             InputStream inputStream = socket.getInputStream()) {
            while (true) {
                String request = scanner.next();
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(request);
                printWriter.flush();
                
                Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);
                String response = scannerNetwork.next();
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        tcpEchoClient.start();
    }
}

上述代码展示了如何使用 Java Socket 进行基本的 TCP 通信，包括数据的发送、接收及刷新缓存区。