回显服务器（基于TCP）-编程知识

API学习

ServerSocket

Socket

服务端

思路分析

具体实现

客户端

思路分析

具体实现

运行测试

问题分析

修改优化

完整代码

在学习了基于UDP实现的回显服务器后，我们学习基于TCP实现的回显服务器

API学习

ServerSocket

ServerSocket是创建TCP服务端Socket的API

构造方法：

方法	说明
ServerSocket(int port)	创建一个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端口

常用方法：

方法	说明
Socket accept()	开始监听指定端口（创建时绑定的端口），有客户端连接后，返回一个服务端Socket对象，并基于该Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待
void close()	关闭此套接字

Socket

Socket是客户端Socket，或服务端中接收到客户端连接（accept方法）的请求后，返回的服务端Socket

无论是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接后，保存对端信息以及用来与对方收发数据的。

构造方法：

方法	说明
Socket(String host, int port)	创建一个客户端流套接字Socket，并与对应IP的主机的对应端口的进程建立连接

常用方法：

方法	说明
InetAddress getInetAddress()	返回套接字所连接的地址
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

服务端

思路分析

对于服务端，要实现的内容有：

1. 与客户端建立连接

2. 接收客户端发送的请求、读取解析请求

3. 根据请求计算数据响应

4. 将响应返回给客户端

由于服务器要等到客户端发送请求时才能进行接收、解析、计算响应等操作，而服务器不知道客户端什么时候发送请求，因此服务器需要一直“待命”，等待客户端发送请求

具体实现

1.首先我们需要创建一个ServerSocket对象，并通过构造方法来指定服务器要绑定的端口号

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;public class TcpEchoServer {private ServerSocket socket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {socket = new ServerSocket(port);}
}

2.接下来，我们实现客户端与服务端连接的建立

TCP是有连接的，因此，在进行通信之前，客户端和服务器之间需要建立连接（就像打电话一样，需要一端拨号，另一端接听后，双方才能进行通话）

除了内核建立连接外，还需要服务端进行“接听”（accept操作），才能进行通信

    public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器");while (true){//通过accept方法来“接听”Socket clientSocket = socket.accept();}}

3. 然后通过实现processConnection方法来处理每一次连接建立后的通信（客户端与服务器之间的多次请求响应交互）

此时的实现过程与基于UDP实现的回显服务器类似，循环读取请求、接收请求并解析、根据请求计算响应最后将响应返回给客户端

需要注意的是，TCP是面向字节流的，传输的基本单位是字节

    //处理连接建立后客户端与服务器之间的多次请求响应private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){//循环读取请求while (true){Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if(!scanner.hasNext()){//读取完毕，断开连接System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());break;}//读取请求并解析String request = scanner.next();//根据请求计算响应String response = process(request);//将响应返回给客户端//由于直接通过outputStream进行写入不方便在响应末尾添加\n//因此可以使用PrintWriter进行写入(使用其中的println方法)PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(response);//不要忘记刷新操作printWriter.flush();//打印日志，观察程序执行效果System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request, response);}}catch (IOException e){throw new RuntimeException(e);}finally {clientSocket.close();}}//根据请求计算响应public String process(String request) {return request;}

客户端

思路分析

对于客户端需要实现的内容有：

1. 从控制台读取用户输入的内容

2. 将内容构造成TCP请求，并发送给服务器

3. 等待服务器响应，当接收到服务器响应时，解析响应内容

4. 显示响应内容

具体实现

1.首先我们创建一个Socket对象，并在构造方法中传入服务器的ip和端口号

import java.io.IOException;
import java.net.Socket;public class TcpEchoClient {private Socket socket = null;public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {socket = new Socket(serverIp, serverPort);}
}

2. 接下来我们实现客户端的启动（循环读取请求、发送请求、读取响应最后打印响应内容）

    public void start(){System.out.println("启动客户端");try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){Scanner scanner = new Scanner(System.in);//从控制台读取要发送的请求数据Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);//从服务器读取响应PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);//通过PrintWriter进行写入操作while (true){//从控制台读取请求数据System.out.print("请输入：");if(!scanner.hasNext()){//读取完毕，退出循环break;}String request = scanner.next();//读取请求//将请求发送给服务器writer.println(request);//使用println方法来发送数据，使请求末尾带有\nwriter.flush();//刷新缓冲区，使数据及时发送出去//从服务器读取响应String response = scannerNetwork.next();//显示响应内容System.out.println(response);}}catch (IOException e){throw new RuntimeException(e);}}

运行测试

在编写完代码后，我们同时运行服务器和客户端，并输入请求观察代码是否存在问题：

启动服务器：

    public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9019);server.start();}

启动客户端：

    public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9019);client.start();}

运行测试结果：

服务器：

客户端：

再运行一个客户端：

运行结果：

此时第二个客户端无响应，当关闭第一个客户端后，此时第二个客户端才能正常工作

问题分析

为什么会出现这种情况呢？

通过观察服务器代码，我们可以发现：当第一个客户端与服务器建立连接后，服务器就进入processConnection，此时会在scanner.hasNext 阻塞，等待客户端的请求，接收请求后，解析计算响应并返回，然后再次等待请求....，直到该客户端退出后，才能结束processConnection方法，再次进行“接听”

因此，当有新的客户端与服务器建立连接时，虽然新的客户端与服务器在内核层面建立了TCP连接，但服务端未“接听”，因此连接未成功建立，也就无法进行交互。第二个客户端发送的请求存储在服务器的接收缓冲区中，当第一个客户端退出后，服务器就会立即处理第二个客户端之前发送的请求

那应该如何修改代码，使得服务器能够同时与多个客户端建立连接呢？

修改优化

此时使用单线程已经无法满足我们的需求，因此我们考虑使用多线程，主线程负责执行accecpt，每当有一个客户端进行连接，就分配一个新的线程，由这个新线程为客户端提供服务

    public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器");while (true){//通过accept方法来“接听”Socket clientSocket = socket.accept();Thread woker = new Thread(()->{try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}});woker.start();}}

此时服务器就能够处理多个客户端的请求了

然而，当客户端比较多时，服务器就会频繁地创建和销毁线程，此时，我们可以考虑使用线程池

完整代码

服务端代码：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class TcpEchoServer {private ServerSocket socket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {socket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器");ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();while (true){//通过accept方法来“接听”Socket clientSocket = socket.accept();/* Thread woker = new Thread(()->{try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}});woker.start();*/pool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}});}}//处理连接建立后客户端与服务器之间的多次请求响应private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){//循环读取请求while (true){Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if(!scanner.hasNext()){//读取完毕，断开连接System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());break;}//读取请求并解析String request = scanner.next();//根据请求计算响应String response = process(request);//将响应返回给客户端//由于直接通过outputStream进行写入不方便在响应末尾添加\n//因此可以使用PrintWriter进行写入(使用其中的println方法)PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(response);//不要忘记刷新操作printWriter.flush();//打印日志，观察程序执行效果System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request, response);}}catch (IOException e){throw new RuntimeException(e);}finally {clientSocket.close();}}//根据请求计算响应public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9019);server.start();}
}

客户端代码：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TcpEchoClient {private Socket socket = null;public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {socket = new Socket(serverIp, serverPort);}public void start(){System.out.println("启动客户端");try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){Scanner scanner = new Scanner(System.in);//从控制台读取要发送的请求数据Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);//从服务器读取响应PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);//通过PrintWriter进行写入操作while (true){//从控制台读取请求数据System.out.print("请输入：");if(!scanner.hasNext()){//读取完毕，退出循环break;}String request = scanner.next();//读取请求//将请求发送给服务器writer.println(request);//使用println方法来发送数据，使请求末尾带有\nwriter.flush();//刷新缓冲区，使数据及时发送出去//从服务器读取响应String response = scannerNetwork.next();//显示响应内容System.out.println(response);}}catch (IOException e){throw new RuntimeException(e);}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9019);client.start();}
}