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Java网络编程-初始Socket

Socket套接字计算机网络通信的基本技术之一。大多数基于网络的软件，如浏览器、即时通讯工具(QQ)或者P2P下载(迅雷)都是基于Socket实现的。本文介绍了Socket的一些基础知识点，对UDP协议没有过多的涉及，简要分析了Socket和HTTP，最后有一个类似于QQ多人聊天的小示例可以下载示例源代码查看。

Socket介绍

在了解Socket之前，首先要了解什么是客户端/服务器(client/server)模式。服务器通常采用高性能的PC、工作站或小型机，并采用大型数据库系统，如ORACLE、SYBASE、InfORMix或 SQL Server。客户端需要安装专用的客户端软件。客户端与服务器要进行通信，提供它们之间互相通信的接口就是Socket，所以说Socket本身并不是一种协议，而是基于一组协议设计而提供的对外操作的接口。

Socket可以说是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)，但是它也适用于其它协议如UDP协议，Socket 是一种应用接口, TCP/IP 是网络传输协议，虽然接口相同, 但是不同的协议会有不同的服务性质。创建Socket 连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket 可以支持不同的传输层协议（TCP 或UDP ），当使用TCP 协议进行连接时，该Socket 连接就是一个TCP 连接。因此也可以说Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket的出现只是可以更方便的使用TCP/IP 协议栈而已。

Java语言中Socket通信机制采用了IO流操作模型。首先通信的双方，客户端和服务器需要建立Socket连接；之后双方都有各自的Socket对象。该Socket对象包含两个流：一个是输入流InputStream，其作用是接收数据；另一个是输出流OutputStream，作用是向外发送数据。

Java为TCP协议提供了两个类：Socket类和ServerSocket类。一个Socket实例代表了TCP连接的一端。一个TCP连接（TCP connection）是一条抽象的双向信道，两端分别由IP地址和端口号确定。在开始通信之前，要建立一个TCP连接，这需要先由客户端TCP向服务器端TCP发送连接请求。ServerSocket实例则监听TCP连接请求，并为每个请求创建新的Socket实例。也就是说，服务器端要同时处理ServerSocket实例和Socket实例，而客户端只需要使用Socket实例。

Socket与HTTP区别

网络七层协议物理层、数据链路层、网络层、传输层、回话层、表示层和应用层，Socket位于传输层，而HTTP位于应用层。HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。
在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即使不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

HTTP协议手机都支持，Socket不一定(Android对于WebSocket的支持很差)。
HTTP只能是一问一答（即以request/response 的方式连网收发信息), 而Socket可以双向通讯( 定位到某一URL 后, 就可以双方收发信息, 无需request/response) 。
Socket 可能会被防火墙屏蔽, 但HTTP可以穿越防火墙。

HTTP 是基于Socket 通信的子协议, Socket 收发信息自由, 协议都可由使用者定义。 HTTP 在Socket 基础上做了协议规范, 通信只能按照特定的格式去做, 用户可在HTTP 上做自己的子协议, 如网页浏览，webservice，soap等

Socket编程示例

交互过程

Java网络编程-初始Socket

Socket类

Socket常用的构造方法如下：

Socket(InetAddressaddress, int port)throws UnknownHostException, IOException Socket(String host, int port)throws UnknownHostException, IOException

如果失败会抛出IOException错误。如果成功，则返回Socket对象。InetAddress是一个用于记录主机的类，其静态getHostByName(String msg)可以返回一个实例，其静态方法getLocalHost()也可以获得当前主机的IP地址，并返回一个实例。

host一般为客户端的IP地址，port就是服务器端用来监听请求的端口，也即是服务端的端口。在选择端口时，需要注意一点，就是0~1023这些端口都已经被系统预留了。这些端口为一些常用的服务所使用，比如邮件，FTP和HTTP。当你在编写服务器端的代码，选择端口时，请选择一个大于1023的端口。

当Socket实例化完成，就表示与服务器建立好了连接。但是数据的发送和接收还需要从Socket对象中获取输入流InputStream和输出流OutputStream，IO流的获取主要通过以下方法：

public InputStreamgetInputStream()throws IOException public OutputStreamgetOutputStream()throws IOException

由上面可以知道，客户端操作主要包括两个步骤：

建立连接；
进行流的读写操作。

public class TCPClient {  private static int PORT=1001;  private static String HOST="127.0.0.1";  public static void main(String[] args) {  String str="hello world!";  try {  //建立连接  Socketclient=new Socket(HOST, PORT);  OutputStreamos=client.getOutputStream();  InputStreamis=client.getInputStream();  //IO流写入操作  os.write(str.getBytes());  byte buffer[]=new byte[1024];  int len=-1;  //IO流的读取操作  while((len=is.read(buffer))!=-1){  System.out.println(new String(buffer, 0, len));  }  os.close();  is.close();  }catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  }  } }

ServerSocket类

上述客户端仅仅表示通信的一方，若要真正完成通信，还需要相应的、能根据客户的请求作出相应的服务器程序。服务器这一端的功能实现就是通过ServerSocket实现的，ServerSocket常用的构造方法如下：

ServerSocket(int port)throws IOException

该构造方法创建一个ServerSocket对象，并绑定到所指定的端口port上面。ServerSocket对象一旦建立，就可以完成其监听端口和等待连接的功能，所采用的实例方法是：

public Socketaccept()throws IOException

上述该方法是一个阻塞方法，阻塞的含义是其将一直处于等待状态，直到有连接请求才从方法中返回。方法的返回值是一个Socket对象，服务端就是通过该对象与客户端进行通信的。

服务端的操作一般分为以下三个步骤：

监听端口
接收连接
进行流的读写操作

public class TCPServer {    private static int PORT=1001;    public static void main(String[] args) {  try {  //监听端口  ServerSocketserver=new ServerSocket(PORT);  while(true){  //接收连接  Socketclient=server.accept();    //流的读写操作  InputStreamis=client.getInputStream();  OutputStreamos=client.getOutputStream();    byte buffer[]=new byte[1024];  int len=-1;  while((len=is.read(buffer))!=-1){  System.out.println(new String(buffer, 0, len));  os.write("tcp server".getBytes());  }  }    } catch (IOException e) {  e.printStackTrace();  }  } }

多线程ServerSocket

在上面的ServerSocket示例代码中，我们采用的是一种顺序处理方式，当有多个客户向服务器发送请求时，服务器是一个一个轮流处理得；若是服务器对每个请求都有较为复杂的处理，就会导致某些客户有较长的等待时间。这非常类似于在银行排队等候处理个人业务，所排的队伍越长，则等待的时间越长，银行的服务窗口可类比于服务器。那么如何才能减少排队等候的时间呢，可以多开几个服务窗口，相对应的，我们服务器采用多线程处理，为每一个客户端分配一个子线程进行单独处理，由该线程完成客户端的处理工作。

public class TCPServer {    private static int PORT = 1001;    public static void main(String[] args) {  new TCPServer().startUp();  }    public void startUp() {  try {  // 监听端口  ServerSocketserver = new ServerSocket(PORT);  while (true) {  // 接收连接  Socketclient = server.accept();  // 每一个连接代表了一个子线程  new Thread(new ServerThread(client)).start();  }  } catch (IOException e) {  e.printStackTrace();  }  }    private class ServerThread implements Runnable {  private InputStreamis;  private OutputStreamos;  private boolean isRunning = true;    public ServerThread(Socketclient) {  try {  is = client.getInputStream();  os = client.getOutputStream();  } catch (IOException e) {  isRunning = false;  e.printStackTrace();  }    }    public void run() {  while (isRunning) {  byte buffer[] = new byte[1024];  int len = -1;  try {  while ((len = is.read(buffer)) != -1) {  System.out.println(new String(buffer, 0, len));  os.write("tcp server".getBytes());  }  } catch (IOException e) {  isRunning = false;  e.printStackTrace();  }  }  }  } }

小结

在开发中用到Socket感觉是很高大上的，在Java中有关Socket相关的类都位于java.net包下，sun.*这个包也包含了很多的网络编程相关的类，但是不建议使用这个包下面的API，因为这个包可能会改变，另外这个包不能保证在所有的平台都有包含。

本文还有一个示例源代码没有贴出来，一个类似于QQ群的多人聊天代码，可以下载示例源代码查看，对于服务端的处理跟已经贴出来多线程ServerThread差不多，只是在多线程基础上，加入了一个储存ServerThread的集合列表，列表的目的就是为了在进行群发消息的时候可以方面识别出来自己。同样客户端也采用了多线程处理，读取消息和写入消息分别位于不同的子线程中。

Socket编程重点就在于如何避免多个Socket的读写阻塞，将读和写分别放在不同的子线程中是一种处理方式。在JDK1.4版本中引入了NIO,引入了非阻塞socket，可以不用堵塞进行网络操作。当然了也可以借助于第三方框架如Apache MINA包。

原文 http://www.sunnyang.com/410.html

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