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。

2. 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。）

3. 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。

时间： 2024-10-02 23:12:28

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