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Java Socket程式設計

高洛峰

Dec 13, 2016 am 10:02 AM

對於Java Socket程式設計而言，有兩個概念，一個是ServerSocket，一個是Socket。服務端和客戶端之間透過Socket建立連接，之後它們就可以進行通訊了。首先ServerSocket將在服務端監聽某個端口，當發現客戶端有Socket來試圖連接它時，它會accept該Socket的連接請求，同時在服務端建立一個對應的Socket與之進行通信。這樣就有兩個Socket了，客戶端和服務端各一個。

對於Socket之間的通訊其實很簡單，服務端往Socket的輸出流裡面寫東西，客戶端就可以透過Socket的輸入流讀取對應的內容。 Socket與Socket之間是雙向連通的，所以客戶端也可以往對應的Socket輸出流裡面寫東西，然後服務端對應的Socket的輸入流就可以讀出對應的內容。以下是一些服務端與客戶端通訊的範例：

1、客戶端寫服務端讀

服務端程式碼

rrStreamStreamStreamStream向程式所讀取的資料端程式碼

阻塞式的，如果從輸入流中沒有讀取到數據程式會一直在那裡不動，直到客戶端往Socket的輸出流中寫入了數據，或關閉了Socket的輸出流。當然，對於客戶端的Socket也是同樣如此。在操作完以後，整個程式結束前記得關閉對應的資源，也就是關閉對應的IO流和Socket。

客戶端程式碼

Java程式碼

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();  
   }  
     
}

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對於客戶端往Socket的輸出流裡面寫資料傳遞給服務端要注意一點，如果寫入作業之後不是對應著輸出流的程式阻塞式的操作（例如從輸入流裡面讀數據），記得要flush一下，只有這樣服務端才能收到客戶端發送的數據，否則可能會造成兩邊無限的互相等待。在稍後講到客戶端和服務端同時讀和寫的時候會說到這個問題。

2、客戶端和服務端同時讀取和寫入

前面已經說了Socket之間是雙向通訊的，而它既可以接收資料，同時也可以傳送資料。

服務端程式碼

Java程式碼

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();  
   }  
     
}

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在上述程式碼中首先我們從輸入流中讀取客戶端發送過來的資料，而接下來我們再往上輸出資料給用戶端關閉對應的資源檔案。而實際上上述程式碼可能不會按照我們預先設想的方式運行，因為從輸入流中讀取資料是一個阻塞式操作，在上述的while循環中當讀到資料的時候就會執行循環體，否則就會阻塞，這樣後面的寫入操作就永遠都執行不了了。除非客戶端對應的Socket關閉了阻塞才會停止，while循環也會跳出。針對這種可能永遠無法執行下去的情況的解決方法是while循環需要在裡面有條件的跳出來，縱觀上述程式碼，在不斷變化的也只有取到的長度len和讀到的數據了，len已經是不能用的了，唯一能用的就是讀到的數據了。針對這種情況，通常我們都會約定一個結束標記，當客戶端發送過來的資料包含某個結束標記時就表示當前的資料已經發送完畢了，這個時候我們就可以進行循環的跳出了。那麼改進後的程式碼會是這個樣子：

Java程式碼

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();  
   }  
     
}

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在上述程式碼中，當服務端讀取到客戶端發送的結束標記，即「eof」時就會結束資料的接收，終止循環，這樣後續的程式碼又可以繼續進行了。

客戶端代碼

Java代碼

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();  
   }  
     
}

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在上述代碼中我們先是給服務端發送了一段數據，之後讀取服務端返回來的數據，跟在上述代碼中我們先是給服務端發送了一段數據，之後讀取服務端返回來的數據，跟在之前的服務端有一樣導致程式一直掛在那裡，永遠跳不出while循環。這段程式碼配合服務端的第一段程式碼就剛好讓我們分析服務端永遠在那裡接收數據，永遠跳不出while循環，也就沒有之後的服務端返回資料給客戶端，客戶端也就不可能接收到服務端傳回的資料。解決方法如服務端第二段程式碼所示，在客戶端發送資料完畢後，往輸出流裡面寫入結束標記告訴服務端資料已經發送完畢了，同樣服務端回傳資料完畢後也發一個標記告訴客戶端。那麼修改後的客戶端程式碼就應該是這個樣子：

Java程式碼

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();  
   }  
     
}

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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();  
      }  
   }  
     
}

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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();  
      }  
        
   }  
     
}

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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();  
      }  
   }  
}

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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();  
   }  
}

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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();  
   }  
}

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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();  
      }  
   }  
}

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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();  
   }  
}

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