8.3 基于Socket（套接字）的低層次Java網絡編程

8.3.1 Socket通訊

網絡上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現數據的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。Socket通常用來實現客戶方和服務方的連接。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程界面，一個Socket由一個IP地址和一個端口號唯一確定。

在傳統的UNIX環境下可以操作TCP/IP協議的接口不止Socket一個，Socket所支持的協議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯系的。在Java環境下，Socket編程主要是指基于TCP/IP協議的網絡編程。

說Socket編程是低層次網絡編程并不等于它功能不強大，恰恰相反，正因為層次低，Socket編程比基于URL的網絡編程提供了更強大的功能和更靈活的控制，但是卻要更復雜一些。由于Java本身的特殊性，Socket編程在Java中可能已經是層次最低的網絡編程接口，在Java中要直接操作協議中更低的層次，需要使用Java的本地方法調用（JNI），在這里就不予討論了。

8.3.2 Socket通訊的一般過

前面已經提到Socket通常用來實現C/S結構。

使用Socket進行Client/Server程序設計的一般連接過程是這樣的：Server端Listen(監聽)某個端口是否有連接請求，Client端向Server端發出Connect(連接)請求，Server端向Client端發回Accept（接受）消息。一個連接就建立起來了。Server端和Client端都可以通過Send，Write等方法與對方通信。

對于一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結構，其工作過程包含以下四個基本的步驟：

（1） 創建Socket；

（2） 打開連接到Socket的輸入/出流；

（3） 按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作；

（4） 關閉Socket.

第三步是程序員用來調用Socket和實現程序功能的關鍵步驟，其他三步在各種程序中基本相同。

以上4個步驟是針對TCP傳輸而言的，使用UDP進行傳輸時略有不同，在后面會有具體講解。

8.3.3 創建Socket

java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，分別用來表示雙向連接的客戶端和服務端。這是兩個封裝得非常好的類，使用很方便。其構造方法如下：

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分別是雙向連接中另一方的IP地址、主機名和端口號，stream指明socket是流socket還是數據報socket，localPort表示本地主機的端口號，localAddr和bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既可以用來創建serverSocket又可以用來創建Socket。count則表示服務端所能支持的最大連接數。例如：

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

ServerSocket server = new ServerSocket(80);

注意，在選擇端口時，必須小心。每一個端口提供一種特定的服務，只有給出正確的端口，才能獲得相應的服務。0~1023的端口號為系統所保留，例如http服務的端口號為80,telnet服務的端口號為21,ftp服務的端口號為23, 所以我們在選擇端口號時，最好選擇一個大于1023的數以防止發生沖突。

在創建socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程序中必須對之作出處理。所以在創建Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

8.3.4 客戶端的Socket

下面是一個典型的創建客戶端Socket的過程。

　try{

　Socket socket=new Socket('127.0.0.1',4700);

　//127.0.0.1是TCP/IP協議中默認的本機地址

　}catch(IOException e){

　System.out.println('Error:'+e);

　}

這是最簡單的在客戶端創建一個Socket的一個小程序段，也是使用Socket進行網絡通訊的第一步，程序相當簡單，在這里不作過多解釋了。在后面的程序中會用到該小程序段。

8.3.5 服務器端的ServerSocket

下面是一個典型的創建Server端ServerSocket的過程。

ServerSocket server=null;

try {

　server=new ServerSocket(4700);

　//創建一個ServerSocket在端口4700監聽客戶請求

}catch(IOException e){

　System.out.println('can not listen to :'+e);

}

Socket socket=null;

try {

socket=server.accept();

//accept()是一個阻塞的方法，一旦有客戶請求，它就會返回一個Socket對象用于同客戶進行交互

}catch(IOException e){

System.out.println('Error:'+e);

}

以上的程序是Server的典型工作模式，只不過在這里Server只能接收一個請求，接受完后Server就退出了。實際的應用中總是讓它不停的循環接收，一旦有客戶請求，Server總是會創建一個服務線程來服務新來的客戶，而自己繼續監聽。程序中accept()是一個阻塞函數，所謂阻塞性方法就是說該方法被調用后，將等待客戶的請求，直到有一個客戶啟動并請求連接到相同的端口，然后accept()返回一個對應于客戶的socket。這時，客戶方和服務方都建立了用于通信的socket，接下來就是由各個socket分別打開各自的輸入/輸出流。

8.3.6 打開輸入/出流

類Socket提供了方法getInputStream ()和getOutStream()來得到對應的輸入/輸出流以進行讀/寫操作，這兩個方法分別返回InputStream和OutputSteam類對象。為了便于讀/寫數據，我們可以在返回的輸入/輸出流對象上建立過濾流，如DataInputStream、DataOutputStream或PrintStream類對象，對于文本方式流對象，可以采用InputStreamReader和OutputStreamWriter、PrintWirter等處理。

例如：

PrintStream os=new PrintStream(new BufferedOutputStreem(socket.getOutputStream()));

DataInputStream is=new DataInputStream(socket.getInputStream());

PrintWriter out=new PrintWriter(socket.getOutStream(),true);

BufferedReader in=new ButfferedReader(new InputSteramReader(Socket.getInputStream()));

輸入輸出流是網絡編程的實質性部分，具體如何構造所需要的過濾流，要根據需要而定，能否運用自如主要看讀者對Java中輸入輸出部分掌握如何。

8.3.7 關閉Socket

每一個Socket存在時，都將占用一定的資源，在Socket對象使用完畢時，要其關閉。關閉Socket可以調用Socket的Close（）方法。在關閉Socket之前，應將與Socket相關的所有的輸入/輸出流全部關閉，以釋放所有的資源。而且要注意關閉的順序，與Socket相關的所有的輸入/輸出該首先關閉，然后再關閉Socket。

os.close();

is.close();

socket.close();

盡管Java有自動回收機制，網絡資源最終是會被釋放的。但是為了有效的利用資源，建議讀者按照合理的順序主動釋放資源。

8.3.8 簡單的Client/Server程序設計

下面我們給出一個用Socket實現的客戶和服務器交互的典型的C/S結構的演示程序，讀者通過仔細閱讀該程序，會對前面所討論的各個概念有更深刻的認識。程序的意義請參考注釋。

1. 客戶端程序

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);

//向本機的4700端口發出客戶請求

BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

//由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象

PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());

//由Socket對象得到輸出流，并構造PrintWriter對象

BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

//由Socket對象得到輸入流，并構造相應的BufferedReader對象

String readline;

readline=sin.readLine(); //從系統標準輸入讀入一字符串

while(!readline.equals('bye')){

//若從標準輸入讀入的字符串為 'bye'則停止循環

os.println(readline);

//將從系統標準輸入讀入的字符串輸出到Server

os.flush();

//刷新輸出流，使Server馬上收到該字符串

System.out.println('Client:'+readline);

//在系統標準輸出上打印讀入的字符串

System.out.println('Server:'+is.readLine());

//從Server讀入一字符串，并打印到標準輸出上

readline=sin.readLine(); //從系統標準輸入讀入一字符串

} //繼續循環

os.close(); //關閉Socket輸出流

is.close(); //關閉Socket輸入流

socket.close(); //關閉Socket

}catch(Exception e) {

System.out.println('Error'+e); //出錯，則打印出錯信息

}

}

}