Java利用Socket实现网络通信功能
作者：一一哥Sun
一. Socket编程
1. 简介
Socket编程是基于TCP/IP协议的网络编程技术，它给我们提供了一种可以用于网络通信的机制，让我们能在不同的计算机之间进行数据交换。我们可以利用Socket编程实现客户端/服务器程序的开发，如聊天室、FTP客户端等项目。
2. 通信流程
对于Socket编程，我们要重点搞清楚客户端与服务器端之间的通信流程。
在Socket编程中有两种类型的Socket：服务器Socket和客户端Socket。服务器Socket可以在服务器上创建用于监听客户端请求的端口，客户端Socket则可以在客户端上创建用于连接服务器的Socket。客户端Socket向服务器Socket发送请求，服务器Socket可以接收该请求，并创建一个新的Socket用于与客户端通信。通过这种方式，客户端和服务器端之间就可以进行数据交换。
在Socket编程中，客户端和服务器之间会通过TCP/IP协议进行通信。客户端Socket首先回连接到服务器Socket的IP地址和端口号，这样就会建立起一个TCP连接。一旦连接建立，客户端和服务器之间就可以进行数据传输。数据会被分割成数据包，并通过TCP/IP协议在客户端和服务器之间传输。
然后服务器Socket会在服务器端创建一个用于监听客户端请求的端口，客户端Socket则在客户端上创建用于连接服务器的Socket。客户端Socket向服务器Socket发送连接请求，服务器Socket接收该请求并创建一个新的Socket用于与客户端通信。通过这种方式，客户端和服务器端之间就可以进行数据交换。
这样，客户端和服务器端之间就通过TCP/IP协议实现了Socket通信。
3. 核心API
我们可以使用java.net包中的API来实现Socket编程，这些常用的API包括：
- ServerSocket类：用于创建服务器端Socket，监听客户端发来的请求。
- Socket类：用于创建客户端Socket，可以连接服务器Socket。
- InputStream和OutputStream类：用于在Socket之间传输数据的输入输出流。
4. 基本案例-单向通信
接下来先给大家编写一个可以实现单向通信的基本案例，包括一个服务器端和一个客户端。这个案例中，客户端给服务器端发送一条消息，然后服务器把客户端发来的消息打印出来，代码如下：
4.1 服务器端
下面是服务器端的代码案例。在本案例中，主要是利用ServerSocket对象定义了一个服务器，并通过accept()方法来获取与该服务器绑定的Socket客户端对象。这里要注意端口号“1234”是我们自己随意定义的，只要不与其他程序的端口号重合即可。然后我们可以在Socket客户端对象上通过getInputStream()方法来获取一个InputStream输入流，进而读取客户端发来的消息。最后大家要记得把各种IO流资源释放。
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**
* @author 一一哥Sun
* @company 千锋教育
*/
public class MySocketServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//设置服务器的端口号
int portNumber = 1234;
// 创建服务器套接字并绑定端口号
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber);
//获取与ServerSocket关联的Socket客户端对象
Socket acceptSocket = serverSocket.accept();
// 服务器接收客户端发来的消息
InputStream serverInputStream = acceptSocket.getInputStream();
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(serverInputStream));
String response = in.readLine();
if (response != null) {
System.out.println("服务器接收客户端发来的消息===>: " + response);
}
// 关闭套接字和流
serverSocket.close();
acceptSocket.close();
serverInputStream.close();
}
}
大家要注意，在今天的案例中，没有使用循环来一直进行消息的收发，如果我们想实现不间断的消息收发，可以把相关代码写在循环体中。所以在今天的案例中，消息收发一次之后，项目就会停掉。
4.2 客户端
接着又定义了一个客户端程序。在该程序中，定义了一个Socket客户端对象，该对象通过IP地址和端口号来关联服务端对象。因为小编的项目，客户端和服务端是在同一台机器上，所以这里的IP地址我们可以使用localhost，当然也可以用服务端的实际IP地址。然后利用字符流和字节输出流给服务端发送信息，最后释放IO流资源。
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
/**
* @author 一一哥Sun
* @company 千锋教育
*/
public class MySocketClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
try {
// 创建Socket对象并连接到服务器，关联服务器的ip地址与端口号
Socket socket = new Socket("localhost", 1234);
// 创建输入输出流，通过套接字发送和接收数据
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String nextLine = scanner.nextLine();
// 输出流，客户端向服务器发送消息
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
out.println(nextLine);
// 关闭套接字和流
out.close();
scanner.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
在这个案例中，主要是利用ServerSocket、Socket和IO流这三种API，就实现了客户端给服务端发送消息的功能。但是这个案例中，我们只能是客户端给服务端发送消息，服务端却不能给客户端回复消息，所以接下来要把这个案例改进一下，实现客户端与服务端之间互相传递消息。
5. 改进案例-双向通信
接下来我们就把上面的案例改进一下，实现客户端与服务器端之间的双向通信，即客户端给服务器端发送消息，服务器端收到消息之后，再给客户端返回消息。
5.1 服务器端
在下面的代码中，小编把服务器端的代码改进了一下，在if语句中增加了利用OutputStream向客户端返回信息的代码，如下所示：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**
* @author 一一哥Sun
* @company 千锋教育
*/
public class MyServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
int portNumber = 1234;
// 创建服务器套接字并绑定端口号
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber);
// 注意：服务器只能接受一次客户端！用该socket对象既可以接收客户端发来的消息，也可以给客户端回复消息
Socket acceptSocket = serverSocket.accept();
// 服务器接收客户端发来的消息
InputStream serverInputStream = acceptSocket.getInputStream();
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(serverInputStream));
String response = in.readLine();
if (response != null) {
System.out.println("服务器接收客户端发来的消息===>: " + response);
// 服务器向客户端发送响应信息
OutputStream serverOutputStream = acceptSocket.getOutputStream();
String serverResponse = "我是服务器,你的消息已收到!";
serverOutputStream.write(serverResponse.getBytes());
serverOutputStream.flush();
serverOutputStream.close();
}
// 关闭套接字和流
serverSocket.close();
acceptSocket.close();
serverInputStream.close();
//serverOutputStream.close();
}
}
5.2 客户端
在下面的代码中，把客户端的代码也改进了一下，主要是增加了利用BufferedReader和InputStream，读取服务器返回信息的代码，如下所示：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
/**
* @author 一一哥Sun
* @company 千锋教育
*/
public class MyClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
try {
//创建Socket对象并连接到服务器
Socket socket = new Socket("localhost", 1234);
//创建输入输出流，通过套接字发送和接收数据
Scanner scanner=new Scanner(System.in);
String nextLine = scanner.nextLine();
//输出流，客户端向服务器发送消息
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
out.println(nextLine);
//输入流，客户端从服务器接收消息
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String response = in.readLine();
System.out.println("Server服务器返回的响应信息===>: " + response);
//关闭套接字和流
out.close();
in.close();
scanner.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
经过以上代码的改造，我们就实现了服务器与客户端之间的双向通信，大家可以把小编的代码案例运行起来看看效果。
6. 注意事项
大家要注意，在进行Socket通信开发时，稍有不慎可能就会出现各种问题，所以我们要注意以下事项：
- 在每个Socket连接中，我们都应该严格按照协议规定的格式进行数据的发送和接收，否则就可能会导致数据传输失败或被误解。
- 在Socket编程中，应该使用多线程或异步机制等技术来避免阻塞。如果阻塞时间过长，可能会导致客户端或服务器崩溃。在上面的案例中，是把收发消息的代码之间写在了主线程中，其实我们可以把这种耗时的操作放在Thread或线程池中进行实现。
- 服务器端应该可以同时处理多个客户端的请求，否则有可能会导致客户端的请求被拒绝或服务器崩溃。
- 我们要保证Socket编程的保安全性，例如防止黑客攻击、拒绝服务攻击等恶意行为。
- 我们还应该有适当的错误处理，例如必须处理网络连接失败、数据传输的失败等异常情况。
除了以上几点注意事项，还有其他一些细节需要注意。在Socket编程中，必须对网络通信有深入的理解和掌握，才能确保程序的正确性和安全性。
二. 结语
今天的文章，主要是给大家介绍了Socket编程的实现过程。其实Socket通信主要就是分为服务器端和客户端，有着比较清晰的实现逻辑，学习起来并不难，大家重点理解和掌握Socket通信的实现流畅即可。