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一、TCP流套接字编程
我们来一起学习一下TCP socket api的使用,这个api与我们之前学习的IO流操作紧密相关,如果对IO流还不太熟悉的,可以看看这篇IO流操作
ServerSocket
顾名思义,ServerSocket是创建TCP服务器的Socket对象
构造方法 | 作用 |
---|---|
ServerSocket(int port) | 创建一个服务器套接字Socket,并指定端口号 |
方法 | 作用 |
---|---|
Socket accept() | 开始监听指定端口,有客户端连接时,返回一个服务端Socket对象,并基于该Socket对象与客户端建立连接,否则阻塞等待 |
void close() | 关闭此套接字 |
Socket
我们这里的Socket既是客户端的Socket,也可能是服务器接收到客户端连接后,返回的服务器Socket,不论是那个Socket,都是双方建立连接后,保存对方信息,进行收发数据的。
构造方法 | 作用 |
---|---|
Socket(String host,int port) | 创建一个客户端Socket对象,并与对应IP主机,对应端口的进程进行连接 |
方法 | 作用 |
---|---|
InetAddress getInetAddress() | 返回套接字所连接的地址 |
InputStream getInputStream() | 返回套接字的输入流 |
OutputStream getOutputStream() | 返回套接字的输出流 |
TCP长短连接
顾名思义,我们的TCP的长短连接,就表示我们TCP建立连接后,什么时候关闭连接就决定了是长连接还是短链接。
短连接: 在每次接收到数据并返回响应后,关闭连接。也就是说短连接只能收发一次数据。
长连接: 一直保持连接的状态,不关闭连接,双方可以不停的收发数据。
两者各有优缺,短连接适用于客户端请求频率不高的场景,浏览网页等。长连接适用于客户端与服务器频繁通信的场景,视频通话等。
二、TCP回显服务器客户端
服务器
有了昨天UDP实现的基础,今天我们的TCP实现已经有些部分就比较容易理解了。
public class EchoServer
private ServerSocket serverSocket = null;
public EchoServer(int port) throws IOException
serverSocket = new ServerSocket(port);
先创建TCP服务器Socket对象,并指定端口号。
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
与客户端进行连接,如果没有获取到连接,则会发生阻塞等待,每获取到一个客户端连接就会返回一个Socket对象,该Socket对象是专门负责与连接的客户端进行通信的。
我们获取到的每一个Socket对象,可能会进行多次通信,所以我们获取到连接后,将通信封装成一个方法。
private void processCoonection(Socket clientSocket)
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream())
catch (IOException e)
e.printStackTrace();
finally
try
clientSocket.close();
catch (IOException e)
e.printStackTrace();
我们先获取与输出输入流,因为需要释放我们直接将它们放到try()中,然后在finally里释放Socket对象资源。
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
if(!scanner.hasNext())
//数据已经读完了
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
break;
String request = scanner.next();
我们将输入流封装到Scanner里,从控制台输入,然后判断控制台是否还有数据输入,如果没有数据输入就退出,然后获取客户端的请求。
/直接返回客户端的请求
String response = process(request);
//将输出流封装成打印流
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(response);
printWriter.flush();
System.out.printf("[%s:%d] req: %s;resp: %s\\n",clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort(),
request, response);
public class EchoServer
private ServerSocket serverSocket = null;
public EchoServer(int port) throws IOException
serverSocket = new ServerSocket(port);
public void start() throws IOException
System.out.println("服务器启动!");
while (true)
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
processCoonection(clientSocket);
private void processCoonection(Socket clientSocket)
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream())
while (true)
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
if(!scanner.hasNext())
//数据已经读完了
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
break;
String request = scanner.next();
//直接返回客户端的请求
String response = process(request);
//将输出流封装成打印流
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(response);
printWriter.flush();
System.out.printf("[%s:%d] req: %s;resp: %s\\n",clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort(),
request, response);
catch (IOException e)
e.printStackTrace();
finally
try
clientSocket.close();
catch (IOException e)
e.printStackTrace();
public String process(String request)
return request;
我们现在实现的这个TCP server有个致命的缺点,一次只能处理一个客户端,等我们写完客户端再来分析。
客户端
public class EchoClient
private Socket socket = null;
public EchoClient(String serverIp,int serverPort) throws IOException
//我们TCP的Socket对象能够识别点分十进制的IP
//我们在创建对象的时候,就会与服务器进行连接
socket = new Socket(serverIp,serverPort);
我们在new 这个对象的过程,就会触发TCP建立连接的过程,如果我们客户端没有这部分代码,那么服务器就会在accept进行阻塞等待。
public void start()
System.out.println("客户端启动!");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream())
while (true)
System.out.print("> ");
String request = scanner.next();
if(request.equals("exit"))
System.out.println("客户端退出!");
break;
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.flush();
Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);
String response = respScanner.next();
System.out.println(response);
catch (IOException e)
e.printStackTrace();
我们客户端的收发数据与服务器大差不差,这里就不在一一解释了。
分别启动客户端服务器程序。
可以成功的收发数据,但是我们当前代码有一个很严重的问题,服务器同一时刻只能处理一个连接,这样是很鸡肋的,我们对服务器进行更新。
并发服务器
我们看观察一下我们服务器的代码。
当我们客户端连接上这个服务器的时候,就执行到processConnection方法的while循环中,只要该方法不结束,我们的accpet就无法获取到第二个客户端socket对象。
那么我们如何解决这个问题呢?
使用多线程,我们的主线程专门负责进行accept,每收到一个连接,创建新线程,由新线程来负责处理这个新的客户端。
public void start() throws IOException
System.out.println("服务器启动!");
while (true)
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
Thread t = new Thread(() ->
processCoonection(clientSocket);
);
t.start();
我们可以使用多线程来解决这个问题,但是现在每获取到一个连接就会创建一个线程,如果同一时刻连接过多,我们创建了大量线程,资源全部耗费在了线程切换上面了,我们可以使用线程池来提升效率。
public void start() throws IOException
System.out.println("服务器启动!");
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
while (true)
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
threadPool.submit(() ->
processCoonection(clientSocket);
);
尽管我们使用了线程池了,但还是不够,如果我们的客户端非常多,而且都迟迟不断开,就会导致我们会有很多线程,对于我们来说是一个很大的负担。
能否有办法解决单机支持更大量客户端的问题呢?也是经典的C10M(单机处理1KW个客户端)问题
这里并不是说单机真正能处理1KW个客户端,只是表达说客户端的量非常大,针对我们上述多线程的版本,我们的机器是承受不了这么多线程的开销的,那么是否有办法一个线程处理很多客户端连接呢? 这就是IO多路复用,IO多路转接技术
给线程安排一个集合,这个集合放了一堆连接,我们线程负责监听集合,那个连接有数据来了,就处理那个连接。虽然我们的连接有很多,但是我们这里的连接并不是严格意义上的同时,也是有先后的,我们的操作系统里,提供了一些API,比如select,poll,epoll,我们的java里,也提供了一组NIO这样的类,封装了上述技术。
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我们学习了TCP与UDP的网络编程后,来进行一个对比。
TCP:
UDP:
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