Javaソケットプログラミング

Java Socket プログラミングには 2 つの概念があります。1 つは ServerSocket で、もう 1 つは Socket です。 Socket を介してサーバーとクライアントの間に接続が確立され、通信できるようになります。まず、ServerSocket はサーバー側の特定のポートをリッスンし、クライアントが Socket を持っていることを検出し、それに接続しようとすると、その Socket の接続要求を受け入れ、サーバー側で対応する Socket を確立して通信します。それと。このように、クライアント用とサーバー用の 2 つのソケットが存在します。

ソケット間の通信は実際には非常に単純で、サーバーはソケットの出力ストリームに何かを書き込み、クライアントはソケットの入力ストリームを通じて対応するコンテンツを読み取ることができます。ソケットとソケットの間には双方向接続があるため、クライアントは対応するソケット出力ストリームに内容を書き込むこともでき、サーバー上の対応するソケット入力ストリームは対応するコンテンツを読み取ることができます。サーバーとクライアント間の通信の例をいくつか見てみましょう:

1. クライアントは書き込み、サーバーは読み取ります

サーバー コード

Java コード

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
      int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
      ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
      Socket socket = server.accept();
      //跟客户端建立好连接之后，我们就可以获取socket的InputStream，并从中读取客户端发过来的信息了。
      Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
      char chars[] = new char[64];
      int len;
      StringBuilder sb = new StringBuilder();
      while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
         sb.append(new String(chars, 0, len));
      }
      System.out.println("from client: " + sb);
      reader.close();
      socket.close();
      server.close();
   }

}

サーバーは、ソケットの InputStream からデータも読み取ります。ブロッキングでは、入力ストリームからデータが読み取られない場合、プログラムはクライアントがソケットの出力ストリームにデータを書き込むか、ソケットの出力ストリームを閉じるまでそこに留まります。もちろん、クライアントの Socket にも同じことが当てはまります。操作が完了したら、プログラム全体が終了する前に必ず対応するリソースを閉じてください。つまり、対応する IO ストリームとソケットを閉じてください。

を使用して を使用してout through Through out Through Out Through Out Through Out Through Out Through Out- Through off through through を使用する場合は、必ず「のみ」をフラッシュしてください。この方法では、サーバーはクライアントから送信されたデータを受信できます。そうしないと、双方がお互いを無期限に待機することになります。この問題については、クライアントとサーバーが同時に読み取りと書き込みを行う場合に後で説明します。

2. クライアントとサーバーは同時に読み取りと書き込みを行います

前述したように、ソケットはデータの受信と送信を同時に行うことができます。

サービス側のコード

Java コード

public class Client {

   public static void main(String args[]) throws Exception {
      //为了简单起见，所有的异常都直接往外抛
      String host = "127.0.0.1";  //要连接的服务端IP地址
      int port = 8899;   //要连接的服务端对应的监听端口
      //与服务端建立连接
      Socket client = new Socket(host, port);
      //建立连接后就可以往服务端写数据了
      Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
      writer.write("Hello Server.");
      writer.flush();//写完后要记得flush
      writer.close();
      client.close();
   }

}

上記のコードでは、まず、クライアントによって送信されたデータを入力ストリームから読み取り、対応するリソース ファイルを閉じます。実際、上記のコードは期待どおりに実行されない可能性があります。これは、上記の while ループでは、データが読み取られるときにループ本体が実行され、それ以外の場合はブロックされるためです。後続の書き込み操作は決して実行されません。クライアントの対応するSocketがクローズされない限りブロッキングは止まらず、whileループも飛び出してしまいます。実行されない可能性があるこの状況に対する解決策は、while ループを条件付きで抜け出す必要があることです。上記のコードを見ると、常に変化しているのは、フェッチされた長さ len と、読み取られたデータ len だけです。使用できるのは読み取られたデータのみです。この状況に対応して、通常、クライアントから送信されたデータに終了タグが含まれている場合は、その時点でループから抜け出すことができます。改良されたコードは次のようになります:

Java コード

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
      int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
      ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
      Socket socket = server.accept();
      //跟客户端建立好连接之后，我们就可以获取socket的InputStream，并从中读取客户端发过来的信息了。
      Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
      char chars[] = new char[64];
      int len;
      StringBuilder sb = new StringBuilder();
      while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
         sb.append(new String(chars, 0, len));
      }
      System.out.println("from client: " + sb);
      //读完后写一句
      Writer writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());
      writer.write("Hello Client.");
      writer.flush();
      writer.close();
      reader.close();
      socket.close();
      server.close();
   }

}

上記のコードでは、サーバーがクライアントから送信された終了タグ、つまり「eof」を読み取ると、データの受信を終了し、このようにして、後続のコードを続行できます。代クライアント コード

Java コード

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
      int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
      ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
      Socket socket = server.accept();
      //跟客户端建立好连接之后，我们就可以获取socket的InputStream，并从中读取客户端发过来的信息了。
      Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
      char chars[] = new char[64];
      int len;
      StringBuilder sb = new StringBuilder();
      String temp;
      int index;
      while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
         temp = new String(chars, 0, len);
         if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {//遇到eof时就结束接收
            sb.append(temp.substring(0, index));
            break;
         }
         sb.append(temp);
      }
      System.out.println("from client: " + sb);
      //读完后写一句
      Writer writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());
      writer.write("Hello Client.");
      writer.flush();
      writer.close();
      reader.close();
      socket.close();
      server.close();
   }

}

上記のコードでは、まずサーバーにデータを送信し、次にサーバーから返されたデータを読み取ります。その結果、プログラムは常にそこでハングし、プログラムから抜け出すことができません。 while ループ。このコードをサーバー上の最初のコードと組み合わせると、サーバーが常にそこでデータを受信し、while ループから抜け出すことがないため、サーバーから後続のデータが返されないことが分析できます。クライアントはサーバーに返されたデータを受信できなくなります。解決策は、サーバー側の 2 番目のコードに示されているように、クライアントがデータの送信を完了した後、サーバーがデータを返した後、出力ストリームに終了マークを書き込みます。データを送信すると、クライアントに終了を通知するマークも送信されます。変更されたクライアント コードは次のようになります:

Java コード

public class Client {

   public static void main(String args[]) throws Exception {
      //为了简单起见，所有的异常都直接往外抛
     String host = "127.0.0.1";  //要连接的服务端IP地址
     int port = 8899;   //要连接的服务端对应的监听端口
     //与服务端建立连接
     Socket client = new Socket(host, port);
      //建立连接后就可以往服务端写数据了
     Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
      writer.write("Hello Server.");
      writer.write("eof");
      writer.flush();
      //写完以后进行读操作
     Reader reader = new InputStreamReader(client.getInputStream());
      char chars[] = new char[64];
      int len;
      StringBuffer sb = new StringBuffer();
      String temp;
      int index;
      while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
         temp = new String(chars, 0, len);
         if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {
            sb.append(temp.substring(0, index));
            break;
         }
         sb.append(new String(chars, 0, len));
      }
      System.out.println("from server: " + sb);
      writer.close();
      reader.close();
      client.close();
   }

}

我们日常使用的比较多的都是这种客户端发送数据给服务端，服务端接收数据后再返回相应的结果给客户端这种形式。只是客户端和服务端之间不再是这种一对一的关系，而是下面要讲到的多个客户端对应同一个服务端的情况。

3、多个客户端连接同一个服务端

像前面讲的两个例子都是服务端接收一个客户端的请求之后就结束了，不能再接收其他客户端的请求了，这往往是不能满足我们的要求的。通常我们会这样做：

Java代码

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
     int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
     ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      while (true) {
         //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
       Socket socket = server.accept();
         //跟客户端建立好连接之后，我们就可以获取socket的InputStream，并从中读取客户端发过来的信息了。
       Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
         char chars[] = new char[64];
         int len;
         StringBuilder sb = new StringBuilder();
         String temp;
         int index;
         while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
            temp = new String(chars, 0, len);
            if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {//遇到eof时就结束接收
                sb.append(temp.substring(0, index));
                break;
            }
            sb.append(temp);
         }
         System.out.println("from client: " + sb);
         //读完后写一句
       Writer writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());
         writer.write("Hello Client.");
         writer.flush();
         writer.close();
         reader.close();
         socket.close();
      }
   }

}

在上面代码中我们用了一个死循环，在循环体里面ServerSocket调用其accept方法试图接收来自客户端的连接请求。当没有接收到请求的时候，程序会在这里阻塞直到接收到来自客户端的连接请求，之后会跟当前建立好连接的客户端进行通信，完了后会接着执行循环体再次尝试接收新的连接请求。这样我们的ServerSocket就能接收来自所有客户端的连接请求了，并且与它们进行通信了。这就实现了一个简单的一个服务端与多个客户端进行通信的模式。

上述例子中虽然实现了一个服务端跟多个客户端进行通信，但是还存在一个问题。在上述例子中，我们的服务端处理客户端的连接请求是同步进行的，每次接收到来自客户端的连接请求后，都要先跟当前的客户端通信完之后才能再处理下一个连接请求。这在并发比较多的情况下会严重影响程序的性能，为此，我们可以把它改为如下这种异步处理与客户端通信的方式：

Java代码

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
     int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
     ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      while (true) {
         //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
         Socket socket = server.accept();
         //每接收到一个Socket就建立一个新的线程来处理它
         new Thread(new Task(socket)).start();
      }
   }

   /**
    * 用来处理Socket请求的
   */
   static class Task implements Runnable {

      private Socket socket;

      public Task(Socket socket) {
         this.socket = socket;
      }

      public void run() {

         try {

            handleSocket();
         } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }

      /**
       * 跟客户端Socket进行通信
       * @throws Exception
       */
      private void handleSocket() throws Exception {
         Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
         char chars[] = new char[64];
         int len;
         StringBuilder sb = new StringBuilder();
         String temp;
         int index;
         while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
            temp = new String(chars, 0, len);
            if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {//遇到eof时就结束接收
             sb.append(temp.substring(0, index));
                break;
            }
            sb.append(temp);
         }
         System.out.println("from client: " + sb);
         //读完后写一句
       Writer writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());
         writer.write("Hello Client.");
         writer.flush();
         writer.close();
         reader.close();
         socket.close();
      }

   }

}

在上面代码中，每次ServerSocket接收到一个新的Socket连接请求后都会新起一个线程来跟当前Socket进行通信，这样就达到了异步处理与客户端Socket进行通信的情况。

在从Socket的InputStream中接收数据时，像上面那样一点点的读就太复杂了，有时候我们就会换成使用BufferedReader来一次读一行，如：

Java代码

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
     int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
     ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      while (true) {
         //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
         Socket socket = server.accept();
         //每接收到一个Socket就建立一个新的线程来处理它
         new Thread(new Task(socket)).start();
      }
   }

   /**
    * 用来处理Socket请求的
   */
   static class Task implements Runnable {

      private Socket socket;

      public Task(Socket socket) {
         this.socket = socket;
      }

      public void run() {
         try {
            handleSocket();
         } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }

      /**
       * 跟客户端Socket进行通信
      * @throws Exception
       */
      private void handleSocket() throws Exception {
         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
         StringBuilder sb = new StringBuilder();
         String temp;
         int index;
         while ((temp=br.readLine()) != null) {
            System.out.println(temp);
            if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {//遇到eof时就结束接收
             sb.append(temp.substring(0, index));
                break;
            }
            sb.append(temp);
         }
         System.out.println("from client: " + sb);
         //读完后写一句
       Writer writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());
         writer.write("Hello Client.");
         writer.write("eof\n");
         writer.flush();
         writer.close();
         br.close();
         socket.close();
      }
   }
}

这个时候需要注意的是，BufferedReader的readLine方法是一次读一行的，这个方法是阻塞的，直到它读到了一行数据为止程序才会继续往下执行，那么readLine什么时候才会读到一行呢？直到程序遇到了换行符或者是对应流的结束符readLine方法才会认为读到了一行，才会结束其阻塞，让程序继续往下执行。所以我们在使用BufferedReader的readLine读取数据的时候一定要记得在对应的输出流里面一定要写入换行符（流结束之后会自动标记为结束，readLine可以识别），写入换行符之后一定记得如果输出流不是马上关闭的情况下记得flush一下，这样数据才会真正的从缓冲区里面写入。对应上面的代码我们的客户端程序应该这样写：

Java代码

public class Client {

   public static void main(String args[]) throws Exception {
      //为了简单起见，所有的异常都直接往外抛
     String host = "127.0.0.1";  //要连接的服务端IP地址
     int port = 8899;   //要连接的服务端对应的监听端口
     //与服务端建立连接
     Socket client = new Socket(host, port);
      //建立连接后就可以往服务端写数据了
     Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
      writer.write("Hello Server.");
      writer.write("eof\n");
      writer.flush();
      //写完以后进行读操作
     BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
      StringBuffer sb = new StringBuffer();
      String temp;
      int index;
      while ((temp=br.readLine()) != null) {
         if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {
            sb.append(temp.substring(0, index));
            break;
         }
         sb.append(temp);
      }
      System.out.println("from server: " + sb);
      writer.close();
      br.close();
      client.close();
   }
}

4、设置超时时间

假设有这样一种需求，我们的客户端需要通过Socket从服务端获取到XX信息，然后给用户展示在页面上。我们知道Socket在读数据的时候是阻塞式的，如果没有读到数据程序会一直阻塞在那里。在同步请求的时候我们肯定是不能允许这样的情况发生的，这就需要我们在请求达到一定的时间后控制阻塞的中断，让程序得以继续运行。Socket为我们提供了一个setSoTimeout()方法来设置接收数据的超时时间，单位是毫秒。当设置的超时时间大于0，并且超过了这一时间Socket还没有接收到返回的数据的话，Socket就会抛出一个SocketTimeoutException。

假设我们需要控制我们的客户端在开始读取数据10秒后还没有读到数据就中断阻塞的话我们可以这样做：

Java代码

public class Client {

   public static void main(String args[]) throws Exception {
      //为了简单起见，所有的异常都直接往外抛
     String host = "127.0.0.1";  //要连接的服务端IP地址
     int port = 8899;   //要连接的服务端对应的监听端口
     //与服务端建立连接
     Socket client = new Socket(host, port);
      //建立连接后就可以往服务端写数据了
     Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
      writer.write("Hello Server.");
      writer.write("eof\n");
      writer.flush();
      //写完以后进行读操作
     BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
      //设置超时间为10秒
     client.setSoTimeout(10*1000);
      StringBuffer sb = new StringBuffer();
      String temp;
      int index;
      try {
         while ((temp=br.readLine()) != null) {
            if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {
                sb.append(temp.substring(0, index));
                break;
            }
            sb.append(temp);
         }
      } catch (SocketTimeoutException e) {
         System.out.println("数据读取超时。");
      }
      System.out.println("from server: " + sb);
      writer.close();
      br.close();
      client.close();
   }
}

5、接收数据乱码

对于这种服务端或客户端接收中文乱码的情况通常是因为数据发送时使用的编码跟接收时候使用的编码不一致。比如有下面这样一段服务端代码：

Java代码

public class Server {

   public static void main(String args[]) throws IOException {
      //为了简单起见，所有的异常信息都往外抛
      int port = 8899;
      //定义一个ServerSocket监听在端口8899上
      ServerSocket server = new ServerSocket(port);
      while (true) {
         //server尝试接收其他Socket的连接请求，server的accept方法是阻塞式的
         Socket socket = server.accept();
         //每接收到一个Socket就建立一个新的线程来处理它
         new Thread(new Task(socket)).start();
      }
   }

   /**
    * 用来处理Socket请求的
    */
   static class Task implements Runnable {

      private Socket socket;

      public Task(Socket socket) {
         this.socket = socket;
      }

      public void run() {
         try {
            handleSocket();
         } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }

      /**
       * 跟客户端Socket进行通信
      * @throws Exception
       */
      private void handleSocket() throws Exception {
         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "GBK"));
         StringBuilder sb = new StringBuilder();
         String temp;
         int index;
         while ((temp=br.readLine()) != null) {
            System.out.println(temp);
            if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {//遇到eof时就结束接收
             sb.append(temp.substring(0, index));
                break;
            }
            sb.append(temp);
         }
         System.out.println("客户端: " + sb);
         //读完后写一句
       Writer writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), "UTF-8");
         writer.write("你好，客户端。");
         writer.write("eof\n");
         writer.flush();
         writer.close();
         br.close();
         socket.close();
      }
   }
}

这里用来测试我就弄的混乱了一点。在上面服务端代码中我们在定义输入流的时候明确定义了使用GBK编码来读取数据，而在定义输出流的时候明确指定了将使用UTF-8编码来发送数据。如果客户端上送数据的时候不以GBK编码来发送的话服务端接收的数据就很有可能会乱码；同样如果客户端接收数据的时候不以服务端发送数据的编码，即UTF-8编码来接收数据的话也极有可能会出现数据乱码的情况。所以，对于上述服务端代码，为使我们的程序能够读取对方发送过来的数据，而不出现乱码情况，我们的客户端应该是这样的：

Java代码

public class Client {

   public static void main(String args[]) throws Exception {
      //为了简单起见，所有的异常都直接往外抛
     String host = "127.0.0.1";  //要连接的服务端IP地址
     int port = 8899;   //要连接的服务端对应的监听端口
     //与服务端建立连接
     Socket client = new Socket(host, port);
      //建立连接后就可以往服务端写数据了
     Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream(), "GBK");
      writer.write("你好，服务端。");
      writer.write("eof\n");
      writer.flush();
      //写完以后进行读操作
     BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream(), "UTF-8"));
      //设置超时间为10秒
     client.setSoTimeout(10*1000);
      StringBuffer sb = new StringBuffer();
      String temp;
      int index;
      try {
         while ((temp=br.readLine()) != null) {
            if ((index = temp.indexOf("eof")) != -1) {
                sb.append(temp.substring(0, index));
                break;
            }
            sb.append(temp);
         }
      } catch (SocketTimeoutException e) {
         System.out.println("数据读取超时。");
      }
      System.out.println("服务端: " + sb);
      writer.close();
      br.close();
      client.close();
   }
}