【网络编程通关之路】 Tcp 基础回显服务器(Java实现)及保姆式知识原理详解 ！ ！ ！
邂逅岁月 2024-08-30 09:07:23 阅读 80
本篇会加入个人的所谓鱼式疯言
❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言
而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,
小编会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.
🤭🤭🤭可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念 ！！！
引言
在这个数字化时代，信息的快速流通已成为我们日常生活的一部分。想象一下，当你发送一封电子邮件或浏览网页时，背后是一系列复杂的网络协议在默默工作，确保数据的准确传输。
今天，我们将聚焦于这些协议中的一个核心成员——传输控制协议（TCP）。TCP协议是互联网通信的基石，它通过确保数据的可靠传输，支撑着我们每天使用的无数网络服务。
目录
Tcp回显服务器的普通实现
Tcp 回显服务器的多线程实现
Tcp 回显服务器的线程池实现
一. Tcp 回显服务器的普通实现
1. Tcp 的特点
在上一篇 实现Udp 的回显服务器的文章中 ， 我们提及Tcp 和 Udp 分别有4个主要的特点
Tcp 是 <code>可靠 传输， Udp是 不可靠 传输。 Tcp是面向 字节流， Udp是面向 数据报。 Tcp 是 <code>有连接 ， Udp是 无连接 。 Tcp 是 全双工 ， Udp也是 全双工 。
关于以上这些 特点 还有 <code>回显服务器 的详解全部都收录到了 【网络编程通关之路】 Udp 基础回响服务器(Java实现)及你不知道知识原理详解 ！ ！ ！ 这篇文章中 。
Tcp网络编程文章详解
还没学习过或者忘记的小伙伴记得去看看哦。
2. Tcp使用的相关类
Tcp 与Udp一样， 在进行网络通信的过程中，需要调用系统 Socket api ， 但在 Java标准库 中已经封装好了相关的类， 通过这几个类， 在 JVM 中来调用系统原生的 Socket api 来 操作网卡 ， 进行网络通信。
关于Tcp 来实现回显
ServerSocket 类 :
<code>实例化ServerSocket 对象时， 只用于服务器一端 ， 并且进行 端口号 连接 进程 的过程。
用于建立 服务器 与 客户端 连接，并且返回 Socket 对象。
accept() 方法
鱼式疯言
从上面可以确定 Tcp的 有连接 的特点之一。
ServerSocket的构造方法 的连接是 端口号与进程的连接 ， 相当于 “接好了电话线” 。
accept（） 的连接是 服务器与客户端的连接 ， 相当于 客户端那边给服务器 “打电话”， 而服务器这边就用 accept（） 来接电话。完成连接。
Socket 类 ：
用于客户端与服务器连接：
Socket 的构造方法, 在 实例化Socket 对象 时， 添加 <code>IP地址 和 端口号， 就意味着 建立了连接 。
操作 Socket对象 来获取各种 IP地址 和 输入和输出流对象 。
获取IP地址
getInetAddress()
获取输入字节流方法
getInputStream()
获取输出字节流方法
getOutputStream()
鱼式疯言
由于我们
Tcp 特点之一就是 面向字节流 ， 并且是全双工。
所以我们既可以获取到 输入字节流对象 ，也可以获取到 输出字节流对象 。
ServerSocket类一般只适用于 服务器一端的端口号和进程的连接 ， 而Socket一般只适用于客户端一端与 服务器 的连接， 但是都适用于 服务器和客户端 的 获取输入流与输出流 的操作。
在 同一台主机 上，同一个协议 ， 一个
端口号直接连接一个进程。
但是在不同协议中， 一个端口号 可以连接
不同协议下的进程。
无论是
ServerSocket 类还是Socket 类， 都是属于java.net下的包的类。
回显服务器的普通实现代码展示
<1>. 服务器实现
package echoTCP;
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.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MyTcpEchoServer { -- -->
ServerSocket serverSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoServer(int port) {
try {
// 进行连接
serverSocket = new ServerSocket(port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void start() {
// 开始交互
System.out.println("服务器开始运行...");
while(true) {
// 使用线程池
Socket socket = null;
try {
socket = serverSocket.accept();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
// 进行接收请求并响应
ProcessServerConnect(socket);
}
}
private void ProcessServerConnect(Socket socket) {
try(InputStream inputSTream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()
) {
while(true) {
System.out.printf("客户端上线 : [客户端ip = %s,
客户端端口号 = %d]\n"
,socket.getInetAddress(),
socket.getPort());
// 得到请求
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
// 得到请求
String request = scanner.nextLine();
// 计算响应
// 执行业务
String response = process(request);
// 返回响应
// 让客户端得到业务的执行结果
PrintWriter printWriter = new
PrintWriter(outputStream);
// 开始返回
printWriter.println(response);
// 进行刷新
printWriter.flush();
// 打印日志
System.out.printf("客户端下线 : [ip = %s ,
port = %d], 请求 = %s , 响应 = %s\n",
socket.getInetAddress(),
socket.getPort(),request,response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束： [%s,%d]\n",
socket.getInetAddress(),
socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) {
MyTcpEchoServer myTcpEchoServer = new MyTcpEchoServer(9090);
myTcpEchoServer.start();
}
}
服务器一端的实现的整体流程可分为以下几步：
创建 <code>ServerSocket 对象 , 在构造方法中参数列表添加 端口号 ， 建立端口号与进程的
连接。
// 进行连接
serverSocket = new ServerSocket(port);
调用
accept方法让服务器与客户端进行，并返回一个Socket对象。
Socket socket = null;
try { -- -->
socket = serverSocket.accept();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
获取到输入流，利用
Scanner包装输入流 得到请求 。
// 得到请求
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
// 得到请求
String request = scanner.nextLine();
计算响应并把 输出流对象 包装到printWriter输出到客户端
// 计算响应
// 执行业务
String response = process(request);
// 返回响应
// 让客户端得到业务的执行结果
PrintWriter printWriter = new
PrintWriter(outputStream);
// 开始返回
printWriter.println(response);
// 进行刷新
printWriter.flush();
打印日志，并关闭
Socket对象
// 打印日志
System.out.printf("客户端下线 : [ip = %s ,
port = %d], 请求 = %s , 响应 = %s\n",
socket.getInetAddress(),
socket.getPort(),request,response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束： [%s,%d]\n",
socket.getInetAddress(),
socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
鱼式疯言
补充细节：
对于大部分
IO流来说， 并不是 输入或输出一个/ 一段 就会加载到硬盘, 而是会存放到一个叫 缓冲区的地方， 当数据积攒到一定的量， 才会 加载过去 。
所以我们为了每次只加载 一个 / 一段数据 ， 可以调用
flush这个方法 来将 缓冲区 的数据全部
刷新出去。
// 进行刷新
printWriter.flush();
小编在这里利用了
Scanner和printWriter来包装输入和输出流。 但是小伙伴们也可以利用小编之前提及过的 IO流的操作方式 来进行哦， 效果是一样的 。
关于IO的流的操作文章， 可以多学习学习并且回去哦 💖 💖 💖 💖
IO流理论篇文章详解
IO流Java实践篇文章详解
对于上述 回显服务器 来说， 服务端一端
accept（）只有当服务器每次发来请求时，才会进行 连接， 否则进行阻塞等待。
<2>. 客户端实现
package echoTCP;
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;
public class MyTcpEchoClient {
Socket clientSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoClient(String ip , int port) {
try {
// 进行连接
clientSocket = new Socket(ip, port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void start() {
// 开始交互
System.out.println("客户端开始运行...");
// 发送请求并接受响应
ProcessServerConnect(clientSocket);
}
private void ProcessServerConnect(Socket socket) {
try(InputStream inputSTream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()
) {
while(true) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入你的需求-> ");
// 输入请求并发送
String request = in.nextLine();
PrintWriter printWriter = new
PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(request);
// 进行刷新
printWriter.flush();
// 接收响应并输出
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
String response = scanner.nextLine();
System.out.println("response = "+ response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束：
[%s,%d]\n",
socket.getInetAddress(),
socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
MyTcpEchoClient myTcpEchoClient = new
MyTcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
myTcpEchoClient.start();
}
}
具体客户端一端的整体实现流程梳理：
实例化Socket 对象， 并把 <code>IP地址 和 端口号 作为 Socket 构造方法的参数进行 客户端与服务端 的连接。
Socket clientSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoClient(String ip , int port) { -- -->
try {
// 进行连接
clientSocket = new Socket(ip, port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
输入请求 并发送给 客户端
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入你的需求-> ");
// 输入请求并发送
String request = in.nextLine();
PrintWriter printWriter = new
PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(request);
// 进行刷新
printWriter.flush();
接收服务器返回的 响应并输出
// 接收响应并输出
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
String response = scanner.nextLine();
System.out.println("response = "+ response);
宣布服务器执行结束， 并 关闭Socket对象
finally {
System.out.printf("任务执行结束：
[%s,%d]\n",
socket.getInetAddress(),
socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
鱼式疯言
补充细节 ：
对应上述代码中的
hasNext()方法来说， 出现了换行才会 break 结束 出去， 而当 服务器/ 客户端没有发来数据时， 是会进入 阻塞等待 的， 不会break 直接跳出。
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
二. Tcp 回显服务器的多线程实现
1. 代码展示
服务器源码：
package echoTCP;
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.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MyTcpEchoServer {
ServerSocket serverSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoServer(int port) {
try {
// 进行连接
serverSocket = new ServerSocket(port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void start() {
// 开始交互
System.out.println("服务器开始运行...");
// 使用多线程
while(true) {
Thread t = new Thread(()->{
Socket socket = null;
try {
socket = serverSocket.accept();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
// 进行接收请求并响应
ProcessServerConnect(socket);
});
t.start();
}
}
private void ProcessServerConnect(Socket socket) {
try(InputStream inputSTream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()
) {
while(true) {
System.out.printf("客户端上线 : [客户端ip = %s,客户端端口号 = %d]\n",socket.getInetAddress(),socket.getPort());
// 得到请求
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
// 得到请求
String request = scanner.nextLine();
// 计算响应
// 执行业务
String response = process(request);
// 返回响应
// 让客户端得到业务的执行结果
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
// 开始返回
printWriter.println(response);
// 进行刷新
printWriter.flush();
// 打印日志
System.out.printf("客户端下线 : [ip = %s , port = %d], 请求 = %s , 响应 = %s\n",
socket.getInetAddress(),socket.getPort(),request,response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束： [%s,%d]\n",socket.getInetAddress(),socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) {
MyTcpEchoServer myTcpEchoServer = new MyTcpEchoServer(9090);
myTcpEchoServer.start();
}
}
客户端源码 ：
package echoTCP;
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;
public class MyTcpEchoClient {
Socket clientSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoClient(String ip , int port) {
try {
// 进行连接
clientSocket = new Socket(ip, port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void start() {
// 开始交互
System.out.println("客户端开始运行...");
// 发送请求并接受响应
ProcessServerConnect(clientSocket);
}
private void ProcessServerConnect(Socket socket) {
try(InputStream inputSTream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()
) {
while(true) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入你的需求-> ");
// 输入请求并发送
String request = in.nextLine();
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(request);
// 进行刷新
printWriter.flush();
// 接收响应并输出
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
String response = scanner.nextLine();
System.out.println("response = "+ response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束： [%s,%d]\n",socket.getInetAddress(),socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
MyTcpEchoClient myTcpEchoClient = new MyTcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
myTcpEchoClient.start();
}
}
2. 原理剖析
对于多线程的回显服务器的实现， 最主要是解决 <code>多个 客户端同时给 一个 服务器 发送请求 的问题。
对于服务器来说 外边套着一个循环 ， 里面又加了 一层循环 ， 这样的话就会导致 两层循环 的加入
当 第一个客户端进入内循环 时， 它的任务还
没结束， 第二个客户端就向服务器 发送请求 ， 这时由于内部的还 一直循环， 服务器就无法进入内循环， 只能让第二个客户端一直停留在缓冲区。
这时我们就引入 多线程 的方式， 将每一个服务器都
分布同时执行循环， 这样就能保证不会让多个服务器一直阻塞到缓冲区。
关于代码的实现实现流程， 只是在普通回显服务器的基础上加了 一行多线程 的代码。 其他都是一样的， 小编在这里就 不赘述了 。
三. Tcp 回显服务器的线程池实现
1. 代码展示
服务器一端：
package echoTCP;
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.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MyTcpEchoServer { -- -->
ServerSocket serverSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoServer(int port) {
try {
// 进行连接
serverSocket = new ServerSocket(port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void start() {
// 开始交互
System.out.println("服务器开始运行...");
while(true) {
// 使用线程池
Executor executor = Executors.newCachedThreadPool();
executor.execute(() -> {
Socket socket = null;
try {
socket = serverSocket.accept();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
// 进行接收请求并响应
ProcessServerConnect(socket);
});
}
}
private void ProcessServerConnect(Socket socket) {
try(InputStream inputSTream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()
) {
while(true) {
System.out.printf("客户端上线 : [客户端ip = %s,客户端端口号 = %d]\n",socket.getInetAddress(),socket.getPort());
// 得到请求
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
// 得到请求
String request = scanner.nextLine();
// 计算响应
// 执行业务
String response = process(request);
// 返回响应
// 让客户端得到业务的执行结果
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
// 开始返回
printWriter.println(response);
// 进行刷新
printWriter.flush();
// 打印日志
System.out.printf("客户端下线 : [ip = %s , port = %d], 请求 = %s , 响应 = %s\n",
socket.getInetAddress(),socket.getPort(),request,response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束： [%s,%d]\n",socket.getInetAddress(),socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) {
MyTcpEchoServer myTcpEchoServer = new MyTcpEchoServer(9090);
myTcpEchoServer.start();
}
}
客户端一端 ：
<code>package echoTCP;
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;
public class MyTcpEchoClient { -- -->
Socket clientSocket = null;
// 进行连接
public MyTcpEchoClient(String ip , int port) {
try {
// 进行连接
clientSocket = new Socket(ip, port);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void start() {
// 开始交互
System.out.println("客户端开始运行...");
// 发送请求并接受响应
ProcessServerConnect(clientSocket);
}
private void ProcessServerConnect(Socket socket) {
try(InputStream inputSTream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()
) {
while(true) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入你的需求-> ");
// 输入请求并发送
String request = in.nextLine();
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(request);
// 进行刷新
printWriter.flush();
// 接收响应并输出
Scanner scanner = new Scanner(inputSTream);
if(!scanner.hasNext()) {
break;
}
String response = scanner.nextLine();
System.out.println("response = "+ response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.printf("任务执行结束： [%s,%d]\n",socket.getInetAddress(),socket.getPort());
try {
// 关闭 socket 流
socket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
MyTcpEchoClient myTcpEchoClient = new MyTcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
myTcpEchoClient.start();
}
}
代码说明
关于线程池的代码实现： 主要还是在原来 普通 回显服务器的基础上， 加上了线程池的 <code>newCachedThreadPool 对象 。
这个线程池对象在 任务繁忙 时， 最多可以创建出
Integer.MAX_VALUES个 非核心线程。
具体详情小伙伴们可以参考多线程的文章， 有重点讲解哦
多线程实践篇详解
非常适合 服务器开发使用 。
// 使用线程池
Executor executor = Executors.newCachedThreadPool();
executor.execute(() -> { -- -->
Socket socket = null;
try {
socket = serverSocket.accept();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
// 进行接收请求并响应
ProcessServerConnect(socket);
});
鱼式疯言
如果是大量的客户端， 我们可能会用到上面的 线程池 来使用。
如果是海量的客户端使用， 就会使用 IO多路复用 （了解即可）。
总结
Tcp回显服务器的普通实现： 从Tcp 的四大特点： 有连接， 面向字节流， 可靠传输， 全双工 的四个特点展开介绍 Tcp 的两个主要网络通信的类： ServerSocket 和 Socket 两个类 ，并在代码中充分的使用并结合理解流程。
Tcp 回显服务器的 多线程实现 ： 利用多线程解决了一个服务器只能解决一个客户端的问题。
Tcp 回显服务器的线程池实现： 从另外一个线程池的角度更解决大量客户端的问题。
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