JAVA通信编程(三)——TCP通讯

JAVA通信编程(三)——TCP通讯

继上一篇小插曲之后继续回到正题,本篇讲述的是java的TCP通讯。TCP编程分为server端和client端,一般在网上都能搜到相关的例子,为了方便大家,我这里先整理下server端和client端的应用案例,然后再根据在本系列中第一篇串口通讯中的结构一样实现CommBuff接口。

java tcp socket编程server端:

 import java.io.*;
  import java.net.*;
  import java.applet.Applet;
  public class TalkServer{
    public static void main(String args[]) {
      try{
        ServerSocket server=null;
        try{
          server=new ServerSocket(4700);
        //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
        }catch(Exception e) {
          System.out.println("can not listen to:"+e);
        //出错,打印出错信息
        }
        Socket socket=null;
        try{
          socket=server.accept();
          //使用accept()阻塞等待客户请求,有客户
          //请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行
        }catch(Exception e) {
          System.out.println("Error."+e);
          //出错,打印出错信息
        }

        String line;
        BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
         //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
        PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
         //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
        BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
         //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
        System.out.println("Client:"+is.readLine());
        //在标准输出上打印从客户端读入的字符串
        line=sin.readLine();
        //从标准输入读入一字符串
        while(!line.equals("bye")){
        //如果该字符串为 "bye",则停止循环
          os.println(line);
          //向客户端输出该字符串
          os.flush();
          //刷新输出流,使Client马上收到该字符串
          System.out.println("Server:"+line);
          //在系统标准输出上打印读入的字符串
          System.out.println("Client:"+is.readLine());
          //从Client读入一字符串,并打印到标准输出上
          line=sin.readLine();
          //从系统标准输入读入一字符串
        }  //继续循环
        os.close(); //关闭Socket输出流
        is.close(); //关闭Socket输入流
        socket.close(); //关闭Socket
        server.close(); //关闭ServerSocket
      }catch(Exception e){
        System.out.println("Error:"+e);
        //出错,打印出错信息
      }
    }
  }

java tcp socket编程client端:

  import java.io.*;
  import java.net.*;
  public class TalkClient {
    public static void main(String args[]) {
      try{
        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);
        //向本机的4700端口发出客户请求
        BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
        PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
        //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
        BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
        String readline;
        readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
        while(!readline.equals("bye")){
        //若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环
          os.println(readline);
          //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
          os.flush();
          //刷新输出流,使Server马上收到该字符串
          System.out.println("Client:"+readline);
          //在系统标准输出上打印读入的字符串
          System.out.println("Server:"+is.readLine());
          //从Server读入一字符串,并打印到标准输出上
          readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
        } //继续循环
        os.close(); //关闭Socket输出流
        is.close(); //关闭Socket输入流
        socket.close(); //关闭Socket
      }catch(Exception e) {
        System.out.println("Error"+e); //出错,则打印出错信息
      }
  }
}

通过上面两个实例可以大概的了解到java tcp编程的流程。
这里有必要补充下Socket的相关概念:

  1. 什么是Socket

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。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。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。

  1. Socket通讯的过程

Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求,Client端向Server 端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client 端都可以通过Send,Write等方法与对方通信。

对于一个功能齐全的Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤:

  (1) 创建Socket;

  (2) 打开连接到Socket的输入/出流;

  (3) 按照一定的协议对Socket进行读/写操作;

  (4) 关闭Socket.(在实际应用中,并未使用到显示的close,虽然很多文章都推荐如此,不过在我的程序中,可能因为程序本身比较简单,要求不高,所以并未造成什么影响。)

  1. 创建Socket

java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下:

Socket(InetAddress address, int port);

  Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);

  Socket(String host, int prot);

  Socket(String host, int prot, boolean stream);

  Socket(SocketImpl impl)

  Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

  Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

  ServerSocket(int port);

  ServerSocket(int port, int backlog);

  ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)

其中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。例如:学习视频网 http://www.xxspw.com

  Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);

  ServerSocket server = new ServerSocket(80);

注意,在选择端口时,必须小心。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。

在创建socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。

介绍了tcp socket编程的相关概念,可以回到正题了,下面所示是实现了CommBuff的服务端Socket程序(CommBuff接口可以参看点击打开链接

package com.zzh.comm;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Map;

import org.apache.log4j.Logger;

public class TcpServerImpl implements CommBuff
{
private Logger logger = Logger.getLogger(Object.class.getName());

private int port;
private ServerSocket server = null;
private Socket socket = null;

InputStream in = null;
OutputStream out = null;

private static byte[] recvBuff = new byte[4096];
private static int recvLen = 0;

private String fileName = "/tcp.properties";
public TcpServerImpl()
{
Map<String,String> map = new ReadProperties().getPropertiesMap(fileName);
try
{
port = Integer.parseInt(map.get("tcp_port"));
}
catch (Exception e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}

@Override
public synchronized byte[] readBuff()
{
if(in ==null)
{
close();
return new byte[0];
}

byte[] readBuffer = new byte[1024];
try
{
while(in.available()>0)
{
int numBytes = in.read(readBuffer);
if(recvLen + numBytes > 4096)
{
throw new RuntimeException("接收缓存数组内容退出");
}
else
{
logger.info("网口接收:"+CommUtil.bytesToHexWithLen(readBuffer,numBytes));
System.arraycopy(readBuffer, 0, recvBuff, recvLen, numBytes);
recvLen = recvLen + numBytes;
}
}
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}

byte[] ans = new byte[0];
if(recvLen>0)
{
ans = new byte[recvLen];
System.arraycopy(recvBuff,0,ans,0,recvLen);
recvLen = 0;
}

return ans;
}

@Override
public synchronized void writeBuff(byte[] message)
{
if(out ==null)
{
close();
return;
}

try
{
out.write(message);
out.flush();
logger.info("发送成功: "+CommUtil.bytesToHex(message));
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}

@Override
public void open()
{
logger.info("Try to open tcpServer");
try
{
server = new ServerSocket(port);
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}

try
{
socket = server.accept();
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
logger.info("TcpServer正在监听....");

try
{
in = socket.getInputStream();
out = socket.getOutputStream();
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
logger.info("成功开启TCP Server");
}

@Override
public void close()
{
try
{
if(out != null)
{
out.close();
}
if(in != null)
{
in.close();
}
if(socket != null)
{
socket.close();
}
if(server!=null)
{
server.close();
}
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}

@Override
public Object getInfo()
{
return socket;
}

}

可以看到TcpServerImpl类实现了CommBuff中的方法,如果采用简单工厂模式就可以写出无关TCP或者串口通讯的底层程序,即上层应用既可以通过TCP通讯也可以通过串口进行通讯,至于底层采用什么具体的通讯方式是可配置化的,这样进一步提高了程序的灵活性。

下面展示的是TcpClientImpl类,这个采用的是TCP Client的方式实现CommBuff接口,其实本质上和TcpServerImpl并无多大差别。

package com.zzh.comm;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ConnectException;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

import org.apache.log4j.Logger;

public class TcpClientImpl implements CommBuff
{
private Logger logger = Logger.getLogger(Object.class.getName());

private int port;
private String tcp_server_ip;
private Socket socket = null;

InputStream in = null;
OutputStream out = null;

private static byte[] recvBuff = new byte[4096];
private static int recvLen = 0;

private String fileName = "/tcp.properties";

public TcpClientImpl()
{
Map<String,String> map = new ReadProperties().getPropertiesMap(fileName);
try
{
port = Integer.parseInt(map.get("tcp_port"));
tcp_server_ip = map.get("tcp_server_ip");
}
catch (Exception e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}

@Override
public synchronized byte[] readBuff()
{
if(in ==null)
{
close();
return new byte[0];
}

byte[] readBuffer = new byte[1024];
try
{
while(in.available()>0)
{
int numBytes = in.read(readBuffer);
if(recvLen + numBytes > 4096)
{
throw new RuntimeException("接收缓存数组内容退出");
}
else
{
logger.info("网口接收:"+CommUtil.bytesToHexWithLen(readBuffer,numBytes));
System.arraycopy(readBuffer, 0, recvBuff, recvLen, numBytes);
recvLen = recvLen + numBytes;
}
}
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}

byte[] ans = new byte[0];
if(recvLen>0)
{
ans = new byte[recvLen];
System.arraycopy(recvBuff,0,ans,0,recvLen);
recvLen = 0;
}

return ans;
}

@Override
public synchronized void writeBuff(byte[] message)
{
if(out ==null)
{
close();
return;
}

try
{
out.write(message);
out.flush();
logger.info("发送成功: "+CommUtil.bytesToHex(message));
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
logger.info("网络断开");
close();
logger.info("5s后重新启动网络.....");
try
{
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5000);
}
catch (InterruptedException ee)
{
logger.error(ee.getMessage());
}
open();
}
}

@Override
public void open()
{
logger.info("Connecting to "+tcp_server_ip+":"+port);
while(true)
{
try
{
socket = new Socket(tcp_server_ip,port);
}
catch (UnknownHostException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
catch (ConnectException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}

if(socket != null)
{
logger.info("连接成功!");
break;
}
else
{
logger.info("连接失败!5s后重试连接....");
try
{
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5000);
}
catch (InterruptedException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}
}

try
{
in = socket.getInputStream();
out = socket.getOutputStream();
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}

}

@Override
public void close()
{
if(in != null)
{
try
{
in.close();
in = null;
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}
if(out != null)
{
try
{
out.close();
out = null;
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}
if(socket != null)
{
try
{
socket.close();
socket = null;
}
catch (IOException e)
{
logger.error(e.getMessage());
}
}
}

@Override
public Object getInfo()
{
return socket;
}
}

TCP的先讲述到这里,在下一篇会讲述到如何采用UDP进行通讯的编程实践。


欢迎支持笔者的作品《深入理解Kafka: 核心设计与实践原理》和《RabbitMQ实战指南》,同时欢迎关注笔者的微信公众号:朱小厮的博客(ID: hiddenkafka)。
本文作者: 朱小厮

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