第3章 TCP协议

Posted 2020-11-01

TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。
区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。
而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。
在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。
通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。
1.1 ServerSocket
通过前面的学习知道，在开发TCP程序时，首先需要创建服务器端程序。JDK的java.net包中提供了一个ServerSocket类，该类的实例对象可以实现一个服务器段的程序。通过查阅API文档可知，ServerSocket类提供了多种构造方法，接下来就对ServerSocket的构造方法进行逐一地讲解。

使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上（参数port就是端口号）。
接下来学习一下ServerSocket的常用方法，如表所示。

ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。
1.2 Socket
讲解了ServerSocket对象可以实现服务端程序，但只实现服务器端程序还不能完成通信，此时还需要一个客户端程序与之交互，为此JDK提供了一个Socket类，用于实现TCP客户端程序。
通过查阅API文档可知Socket类同样提供了多种构造方法，接下来就对Socket的常用构造方法进行详细讲解。

使用该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址。

该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。
在以上Socket的构造方法中，最常用的是第一个构造方法。
接下来学习一下Socket的常用方法，如表所示。
方法声明
功能描述
int getPort()
该方法返回一个int类型对象，该对象是Socket对象与服务器端连接的端口号
InetAddress getLocalAddress()
该方法用于获取Socket对象绑定的本地IP地址，并将IP地址封装成InetAddress类型的对象返回
void close()
该方法用于关闭Socket连接，结束本次通信。在关闭socket之前，应将与socket相关的所有的输入/输出流全部关闭，这是因为一个良好的程序应该在执行完毕时释放所有的资源
InputStream getInputStream()
该方法返回一个InputStream类型的输入流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于读取客户端发送的数据，反之，用于读取服务器端发送的数据
OutputStream getOutputStream()
该方法返回一个OutputStream类型的输出流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于向客户端发送数据，反之，用于向服务器端发送数据
在Socket类的常用方法中，getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。
接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输，如下图所示。

1.3 TCP协议实现1.3.1 案例代码三:

package com.itheima_04;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

/*
 * 使用TCP协议发送数据
创建发送端Socket对象（创建连接）
获取输出流对象
发送数据
释放资源
Socket(InetAddress address, int port)
Exception in thread "main" java.net.ConnectException: Connection refused: connect

 */
public class ClientDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建发送端Socket对象（创建连接）
Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("itheima"),10086);
//获取输出流对象
OutputStream os = s.getOutputStream();
//发送数据
String str = "hello tcp,im comming!!!";
os.write(str.getBytes());
//释放资源
//os.close();
s.close();
}
}

package com.itheima_04;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/*
 * 使用TCP协议接收数据
         创建接收端Socket对象
         监听（阻塞）
         获取输入流对象
         获取数据
         输出数据
         释放资源

         ServerSocket：接收端，服务端Socket
         ServerSocket(int port)
         Socket accept()

 */
public class ServerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException  {
//创建接收端Socket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(10086);
         //监听（阻塞）
Socket s = ss.accept();
         //获取输入流对象
InputStream is = s.getInputStream();
         //获取数据
byte[] bys = new byte[1024];
int len;//用于存储读到的字节个数
len = is.read(bys);
         //输出数据
InetAddress address = s.getInetAddress();
System.out.println("client ---> " + address.getHostName());
System.out.println(new String(bys,0,len));
         //释放资源
s.close();
//ss.close();
}
}

1.4 TCP相关案例1.4.1 案例代码四:
使用TCP协议发送数据，服务端将接收到的数据转换成大写返回给客户端

package com.itheima_05;[/font][/align] [font=微软雅黑]
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

/*
         需求：使用TCP协议发送数据，并将接收到的数据转换成大写返回

         客户端发出数据
         服务端接收数据
         服务端转换数据
         服务端发出数据
         客户端接收数据

 */
public class ClientDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建客户端Socket对象
Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("itheima"),10010);
//获取输出流对象
OutputStream os = s.getOutputStream();
//发出数据
os.write("tcp,im comming again!!!".getBytes());

//获取输入流对象
InputStream is = s.getInputStream();
byte[] bys = new byte[1024];
int len;//用于存储读取到的字节个数
//接收数据
len = is.read(bys);
//输出数据
System.out.println(new String(bys,0,len));
//释放资源
s.close();
}
}

package com.itheima_05;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建服务端Socket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(10010);
//监听
Socket s = ss.accept();
//获取输入流对象
InputStream is = s.getInputStream();
//获取数据
byte[] bys = new byte[1024];
int len;//用于存储读取到的字节个数
len = is.read(bys);
String str = new String(bys,0,len);
//输出数据
System.out.println(str);
//转换数据
String upperStr = str.toUpperCase();
//获取输出流对象
OutputStream os = s.getOutputStream();
//返回数据（发出数据）
os.write(upperStr.getBytes());
//释放资源
s.close();
//ss.close();//服务端一般不关闭
}
}

1.4.2 案例代码五:
客户端:
1.提示用户输入用户名和密码,将用户输入的用户名和密码发送给服务端
2.接收服务端验证完用户名和密码的结果
服务端:
1.接收客户端发送过来的用户名和密码
2.如果用户名不是itheima或者 密码不是123456,就向客户端写入”登录失败”
否则向客户端写入登录成功

package com.itheima_06;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

/*
 * 模拟用户登录
 */
public class ClientTest {
public static void main(String[] args) throws  IOException  {
//创建客户端Socket对象
//Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("itheima"),8888);
Socket s = new Socket("itheima",8888);
//获取用户名和密码
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("请输入用户名:");
String username = br.readLine();
System.out.println("请输入密码:");
String password = br.readLine();
//获取输出流对象
//BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
//写出数据
out.println(username);
out.println(password);
//获取输入流对象
BufferedReader serverBr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
//获取服务器返回的数据
String result = serverBr.readLine();
System.out.println(result);
//释放资源
s.close();
}
}

1.4.3 案例代码六:
将用户名和密码封装到一个User类中,提供对应的构造方法和getter/setter方法
新建一个UserDB类里面定义一个集合,在集合中添加以下User对象
new User("zhangsan","123456");
new User("lisi","654321");
new User("itheima","itheima");
new User("admin","password");
客户端:
1.提示用户输入用户名和密码,将用户输入的用户名和密码发送给服务端
2.接收服务端验证完用户名和密码的结果

服务端:

1. 服务端将客户端发送过来的用户名密码封装成User对象
2. 集合中如果包括这个User对象,想客户端写入” 登录成功”
   否则向客户端写入”登录失败”

package com.itheima_06;[/font][/align] [font=微软雅黑]
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerTest {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建服务器端Socket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
//监听
Socket s = ss.accept();
//获取输入流对象
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
//获取用户名和密码
String username = br.readLine();
String password = br.readLine();
//判断用户名和密码是否正确
boolean flag = false;
if("itheima".equals(username) && "123456".equals(password)) {
flag = true;
}
//获取输出流对象
PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
//返回判断信息
if(flag) {
out.println("登陆成功");
}
else {
out.println("登陆失败");
}
//释放资源
s.close();
//ss.close();//服务器一般不关闭
}
}

package com.itheima_07;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

/*
 * 模拟用户登录改写（面向对象版本）
 */
public class ClientTest {
public static void main(String[] args) throws  IOException  {
//创建客户端Socket对象
Socket s = new Socket("itheima",8888);
//获取用户名和密码
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("请输入用户名:");
String username = br.readLine();
System.out.println("请输入密码:");
String password = br.readLine();
//获取输出流对象
PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
//写出数据
out.println(username);
out.println(password);
//获取输入流对象
BufferedReader serverBr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
//获取服务器返回的数据
String result = serverBr.readLine();
System.out.println(result);
//释放资源
s.close();
}
}

package com.itheima_07;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.List;

public class ServerTest {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建服务器端Socket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
//监听
Socket s = ss.accept();
//获取输入流对象
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
//获取用户名和密码
String username = br.readLine();
String password = br.readLine();
//判断用户名和密码是否正确
boolean flag = false;
/*if("itheima".equals(username) && "123456".equals(password)) {
flag = true;
}*/
List<User> users = UserDB.getUsers();
User user = new User(username,password);
if(users.contains(user)) {
//匹配成功
flag = true;
}
//获取输出流对象
PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
//返回判断信息
if(flag) {
out.println("登陆成功");
}
else {
out.println("登陆失败");
}
//释放资源
s.close();
//ss.close();//服务器一般不关闭
}
}