循序渐进Socket网络编程（多客户端、信息共享、文件传输）

循序渐进Socket网络编程（多客户端、信息共享、文件传输）

　　前言：在最近一个即将结束的项目中使用到了Socket编程，用于调用另一系统进行处理并返回数据。故把Socket的基础知识总结梳理一遍。

1、TCP/IP协议

　　既然是网络编程，涉及几个系统之间的交互，那么首先要考虑的是如何准确的定位到网络上的一台或几台主机，另一个是如何进行可靠高效的数据传输。这里就要使用到TCP/IP协议。

　　TCP/IP协议（传输控制协议）由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。IP层负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一的确定Internet上的一台主机。TCP层负责面向应用的可靠的或非可靠的数据传输机制，这是网络编程的主要对象。

2、TCP与UDP

　　TCP是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是server
socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。

　　UDP是一种面向无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

　　TCP与UDP区别：

　　TCP特点：

1. TCP是面向连接的协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接协议，所以只能用于点对点的通讯。而且建立连接也需要消耗时间和开销。
2. TCP传输数据无大小限制，进行大数据传输。
3. TCP是一个可靠的协议，它能保证接收方能够完整正确地接收到发送方发送的全部数据。

　　UDP特点：

1. UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。
2. UDP传输数据时有大小限制，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
3. UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。

　　TCP与UDP应用：

1. TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。
2. UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

3、Socket是什么

　　Socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。 Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

　　Socket通讯过程：服务端监听某个端口是否有连接请求，客户端向服务端发送连接请求，服务端收到连接请求向客户端发出接收消息，这样一个连接就建立起来了。客户端和服务端都可以相互发送消息与对方进行通讯。

　　Socket的基本工作过程包含以下四个步骤：

1. 创建Socket；
2. 打开连接到Socket的输入输出流；
3. 按照一定的协议对Socket进行读写操作；
4. 关闭Socket。

4、Java中的Socket

　　在java.net包下有两个类：Socket和ServerSocket。ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是Socket还是ServerSocket它们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。

　　列出几个常用的构造方法：

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Socket(InetAddress address, int port);//创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号 Socket(String host, int port);//创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号 Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort);//创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口 Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort);//创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口 Socket(SocketImpl impl);//使用用户指定的 SocketImpl 创建一个未连接 Socket   ServerSocket(int port);//创建绑定到特定端口的服务器套接字 ServerSocket(int port, int backlog);//利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号 ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr);//使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP地址创建服务器

　　构造方法的参数中，address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端 口号，stream指明socket是流socket还是数据报socket，localPort表示本地主机的端口号，localAddr和bindAddr是本地机器的地址（ServerSocket的主机地址），impl是socket的父类，既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。

　　注意：必须小心选择端口号。每一个端口提供一种特定的服务，只有给出正确的端口，才 能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留，例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时，最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。

　　几个重要的Socke方法：

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public InputStream getInputStream();//方法获得网络连接输入，同时返回一个IutputStream对象实例 public OutputStream getOutputStream();//方法连接的另一端将得到输入，同时返回一个OutputStream对象实例 public Socket accept();//用于产生"阻塞"，直到接受到一个连接，并且返回一个客户端的Socket对象实例。

　　"阻塞"是一个术语，它使程序运行暂时"停留"在这个地方，直到一个会话产生，然后程序继续；通常"阻塞"是由循环产生的。

　　注意：其中getInputStream和getOutputStream方法均会产生一个IOException，它必须被捕获，因为它们返回的流对象，通常都会被另一个流对象使用。

4、基本的Client/Server程序

　　以下是一个基本的客户端/服务器端程序代码。主要实现了服务器端一直监听某个端口，等待客户端连接请求。客户端根据IP地址和端口号连接服务器端，从键盘上输入一行信息，发送到服务器端，然后接收服务器端返回的信息，最后结束会话。这个程序一次只能接受一个客户连接。

　　ps：这个小例子写好后，服务端一直接收不到消息，调试了好长时间，才发现误使用了PrintWriter的print()方法，而BufferedReader的readLine()方法一直没有遇到换行，所以一直等待读取。我晕死~~@_@

　　客户端程序：

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package com.socket;   import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket;   public class SocketClient {     public static void main(String[] args) {         try {             /** 创建Socket*/             // 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号(本处是本机)             Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 2013);             // 60s超时             socket.setSoTimeout(60000);               /** 发送客户端准备传输的信息 */             // 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象             PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);             // 将输入读入的字符串输出到Server             BufferedReader sysBuff = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));             printWriter.println(sysBuff.readLine());             // 刷新输出流，使Server马上收到该字符串             printWriter.flush();               /** 用于获取服务端传输来的信息 */             // 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象             BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));             // 输入读入一字符串             String result = bufferedReader.readLine();             System.out.println("Server say : " + result);               /** 关闭Socket*/             printWriter.close();             bufferedReader.close();             socket.close();         } catch (Exception e) {             System.out.println("Exception:" + e);         }     } }

　　服务器端程序：

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package com.socket;   import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket;   public class SocketServer {     public static void main(String[] args) {         try {             /** 创建ServerSocket*/             // 创建一个ServerSocket在端口2013监听客户请求             ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(2013);             while (true) {                 // 侦听并接受到此Socket的连接,请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行                 Socket socket = serverSocket.accept();                   /** 获取客户端传来的信息 */                 // 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象                 BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));                 // 获取从客户端读入的字符串                 String result = bufferedReader.readLine();                 System.out.println("Client say : " + result);                   /** 发送服务端准备传输的 */                 // 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象                 PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream());                 printWriter.print("hello Client, I am Server!");                 printWriter.flush();                   /** 关闭Socket*/                 printWriter.close();                 bufferedReader.close();                 socket.close();             }         } catch (Exception e) {             System.out.println("Exception:" + e);         }finally{ //          serverSocket.close();         }     } }

5、多客户端连接服务器

　　上面的服务器端程序一次只能连接一个客户端，这在实际应用中显然是不可能的。通常的网络环境是多个客户端连接到某个主机进行通讯，所以我们要对上面的程序进行改造。

　　设计思路：服务器端主程序监听某一个端口，客户端发起连接请求，服务器端主程序接收请求，同时构造一个线程类，用于接管会话。当一个Socket会话产生后，这个会话就会交给线程进行处理，主程序继续进行监听。

　　下面的实现程序流程是：客户端和服务器建立连接，客户端发送消息，服务端根据消息进行处理并返回消息，若客户端申请关闭，则服务器关闭此连接，双方通讯结束。

　　客户端程序：

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package com.socket;   import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket;   public class SocketClient {     public static void main(String[] args) {         try {             Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 2013);             socket.setSoTimeout(60000);               PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);             BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));                           String result = "";             while(result.indexOf("bye") == -1){                 BufferedReader sysBuff = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));                 printWriter.println(sysBuff.readLine());                 printWriter.flush();                                   result = bufferedReader.readLine();                 System.out.println("Server say : " + result);             }               printWriter.close();             bufferedReader.close();             socket.close();         } catch (Exception e) {             System.out.println("Exception:" + e);         }     } }

　　服务器端程序：

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package com.socket;   import java.io.*; import java.net.*;   public class Server extends ServerSocket {     private static final int SERVER_PORT = 2013;       public Server() throws IOException {         super(SERVER_PORT);           try {             while (true) {                 Socket socket = accept();                 new CreateServerThread(socket);//当有请求时，启一个线程处理             }         } catch (IOException e) {         } finally {             close();         }     }       //线程类     class CreateServerThread extends Thread {         private Socket client;         private BufferedReader bufferedReader;         private PrintWriter printWriter;           public CreateServerThread(Socket s) throws IOException {             client = s;               bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));                           printWriter = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);             System.out.println("Client(" + getName() + ") come in...");                           start();         }           public void run() {             try {                 String line = bufferedReader.readLine();                   while (!line.equals("bye")) {                     printWriter.println("continue, Client(" + getName() + ")!");                     line = bufferedReader.readLine();                     System.out.println("Client(" + getName() + ") say: " + line);                 }                 printWriter.println("bye, Client(" + getName() + ")!");                                   System.out.println("Client(" + getName() + ") exit!");                 printWriter.close();                 bufferedReader.close();                 client.close();             } catch (IOException e) {             }         }     }       public static void main(String[] args) throws IOException {         new Server();     } }

6、信息共享

　　以上虽然实现了多个客户端和服务器连接，但是仍然是消息在一个客户端和服务器之间相互传播。现在我们要实现信息共享，即客户端也可以向其他客户端发送消息，服务器接收客户端的消息然后广播给其他客户端。类似于聊天室的那种功能，实现信息能在多个客户端之间共享。

　　设计思路：客户端循环可以不停输入向服务器发送消息，并且启一个线程，专门用来监听服务器端发来的消息并打印输出。服务器端启动时，启动一个监听何时需要向客户端发送消息的线程。每次接受客户端连接请求，都启一个线程进行处理，并且将客户端信息存放到公共集合中。当客户端发送消息时，服务器端将消息顺序存入队列中，当需要输出时，从队列中取出广播到各客户端处。

　　启动服务端和客户端程序（可以启多个客户端），客户端第一次输入任意内容回车与服务器建立连接，然后按提示输入登录用户名，接着就可以以输入的用户名身份进行聊天。客户端输入showuser命令可以查看在线用户列表，输入bye向服务器端申请退出连接。

　　PS：以下代码在测试时发现了一个中文乱码小问题，当文件设置UTF-8编码时，无论怎样在代码中设置输入流编码都不起作用，输入中文仍然会乱码。把文件设置为GBK编码后，不用在代码中设置输入流编码都能正常显示传输中文。

　　客户端代码：

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import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket;   public class SocketClient extends Socket{       private static final String SERVER_IP = "127.0.0.1";     private static final int SERVER_PORT = 2013;           private Socket client;     private PrintWriter out;     private BufferedReader in;           /**      * 与服务器连接，并输入发送消息      */     public SocketClient() throws Exception{         super(SERVER_IP, SERVER_PORT);         client = this;         out = new PrintWriter(this.getOutputStream(), true);         in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.getInputStream()));         new readLineThread();                   while(true){             in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));             String input = in.readLine();             out.println(input);         }     }           /**      * 用于监听服务器端向客户端发送消息线程类      */     class readLineThread extends Thread{                   private BufferedReader buff;         public readLineThread(){             try {                 buff = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));                 start();             } catch (Exception e) {             }         }                   @Override         public void run() {             try {                 while(true){                     String result = buff.readLine();                     if("byeClient".equals(result)){//客户端申请退出，服务端返回确认退出                         break;                     }else{//输出服务端发送消息                         System.out.println(result);                     }                 }                 in.close();                 out.close();                 client.close();             } catch (Exception e) {             }         }     }           public static void main(String[] args) {         try {             new SocketClient();//启动客户端         } catch (Exception e) {         }     } }

　　服务器端代码：

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import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.ArrayList; import java.util.LinkedList; import java.util.List;   public class Server extends ServerSocket {       private static final int SERVER_PORT = 2013;       private static boolean isPrint = false;// 是否输出消息标志     private static List user_list = new ArrayList();// 登录用户集合     private static List<ServerThread> thread_list = new ArrayList<ServerThread>();// 服务器已启用线程集合     private static LinkedList message_list = new LinkedList();// 存放消息队列       /**      * 创建服务端Socket,创建向客户端发送消息线程,监听客户端请求并处理      */     public Server() throws IOException {         super(SERVER_PORT);// 创建ServerSocket         new PrintOutThread();// 创建向客户端发送消息线程           try {             while (true) {// 监听客户端请求，启个线程处理                 Socket socket = accept();                 new ServerThread(socket);             }         } catch (Exception e) {         } finally {             close();         }     }       /**      * 监听是否有输出消息请求线程类,向客户端发送消息      */     class PrintOutThread extends Thread {           public PrintOutThread() {             start();         }           @Override         public void run() {             while (true) {                 if (isPrint) {// 将缓存在队列中的消息按顺序发送到各客户端，并从队列中清除。                     String message = (String) message_list.getFirst();                     for (ServerThread thread : thread_list) {                         thread.sendMessage(message);                     }                     message_list.removeFirst();                     isPrint = message_list.size() > 0 ? true : false;                 }             }         }     }       /**      * 服务器线程类      */     class ServerThread extends Thread {         private Socket client;         private PrintWriter out;         private BufferedReader in;         private String name;           public ServerThread(Socket s) throws IOException {             client = s;             out = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);             in = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));             in.readLine();             out.println("成功连上聊天室,请输入你的名字：");             start();         }           @Override         public void run() {             try {                 int flag = 0;                 String line = in.readLine();                 while (!"bye".equals(line)) {                     // 查看在线用户列表                     if ("showuser".equals(line)) {                         out.println(this.listOnlineUsers());                         line = in.readLine();                     }                     // 第一次进入，保存名字                     if (flag++ == 0) {                         name = line;                         user_list.add(name);                         thread_list.add(this);                         out.println(name + "你好,可以开始聊天了...");                         this.pushMessage("Client<" + name + ">进入聊天室...");                     } else {                         this.pushMessage("Client<" + name + "> say : " + line);                     }                     line = in.readLine();                 }                 out.println("byeClient");             } catch (Exception e) {                 e.printStackTrace();             } finally {// 用户退出聊天室                 try {                     client.close();                 } catch (IOException e) {                     e.printStackTrace();                 }                 thread_list.remove(this);                 user_list.remove(name);                 pushMessage("Client<" + name + ">退出了聊天室");             }         }           // 放入消息队列末尾，准备发送给客户端         private void pushMessage(String msg) {             message_list.addLast(msg);             isPrint = true;         }           // 向客户端发送一条消息         private void sendMessage(String msg) {             out.println(msg);         }           // 统计在线用户列表         private String listOnlineUsers() {             String s = "--- 在线用户列表 ---\015\012";             for (int i = 0; i < user_list.size(); i++) {                 s += "[" + user_list.get(i) + "]\015\012";             }             s += "--------------------";             return s;         }     }       public static void main(String[] args) throws IOException {         new Server();// 启动服务端     } }

7、文件传输

　　客户端向服务器端传送文件，服务端可获取文件名用于保存，获取文件大小计算传输进度，比较简单，直接贴代码。

　　客户端代码：

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import java.io.DataOutputStream; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.net.Socket;   /**  * 客户端  */ public class Client extends Socket{           private static final String SERVER_IP = "127.0.0.1";     private static final int SERVER_PORT = 2013;           private Socket client;     private FileInputStream fis;     private DataOutputStream dos;           public Client(){         try {             try {                 client = new Socket(SERVER_IP, SERVER_PORT);                 //向服务端传送文件                 File file = new File("c:/test.doc");                 fis = new FileInputStream(file);                 dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream());                                   //文件名和长度                 dos.writeUTF(file.getName());                 dos.flush();                 dos.writeLong(file.length());                 dos.flush();                                   //传输文件                 byte[] sendBytes = new byte[1024];                 int length = 0;                 while((length = fis.read(sendBytes, 0, sendBytes.length)) > 0){                     dos.write(sendBytes, 0, length);                     dos.flush();                 }             } catch (Exception e) {                 e.printStackTrace();             }finally{                 if(fis != null)                     fis.close();                 if(dos != null)                     dos.close();                 client.close();             }         } catch (Exception e) {             e.printStackTrace();         }     }           public static void main(String[] args) throws Exception {         new Client();     } }

　　服务器端代码：

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import java.io.DataInputStream; import java.io.File; import java.io.FileOutputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket;   /**  * 服务器  */ public class Server extends ServerSocket{       private static final int PORT = 2013;           private ServerSocket server;     private Socket client;     private DataInputStream dis;     private FileOutputStream fos;           public Server() throws Exception{         try {             try {                 server = new ServerSocket(PORT);                                   while(true){                     client = server.accept();                                           dis = new DataInputStream(client.getInputStream());                     //文件名和长度                     String fileName = dis.readUTF();                     long fileLength = dis.readLong();                     fos = new FileOutputStream(new File("d:/" + fileName));                                           byte[] sendBytes = new byte[1024];                     int transLen = 0;                     System.out.println("----开始接收文件<" + fileName + ">,文件大小为<" + fileLength + ">----");                     while(true){                         int read = 0;                         read = dis.read(sendBytes);                         if(read == -1)                             break;                         transLen += read;                         System.out.println("接收文件进度" + 100 * transLen/fileLength + "%...");                         fos.write(sendBytes, 0, read);                         fos.flush();                     }                     System.out.println("----接收文件<" + fileName + ">成功-------");                     client.close();                 }             } catch (Exception e) {                 e.printStackTrace();             } finally {                 if(dis != null)                     dis.close();                 if(fos != null)                     fos.close();                 server.close();             }         } catch (Exception e) {             e.printStackTrace();         }     }           public static void main(String[] args) throws Exception {         new Server();     } }