【JavaEE精炼宝库】 网络编程套接字——UDP业务逻辑 | TCP流套接字编程及业务逻辑实现

一、UDP业务逻辑实现

在上一节：网络编程套接字（上）中我们已经初识了网络编程和利用UDP数据报套接字进行编程。为了更加熟练掌握网络编程，接下来我们会利用UDP套接字来实现一个查询英语单词的简单业务逻辑。

• 业务目标： 编写UDP版本的字典客户端和字典服务器：

• 业务实现逻辑： 添加业务逻辑一般都是修改服务器。因为服务器是在我们手里的，客户端不是，且请求的回响是根据服务器来完成的。因此我们只需修改服务器代码即可，客户端的代码不用修改。

• 业务实现：

通过对比我们发现，要在服务器实现一个查询英语单词的逻辑，其实只要修改将请求生成回响的过程即可。 由于我们前面编写的UDPServer是回显服务器，所以我们可以通过继承的方式，重写process方法即可。具体代码如下：

注意：要修改成自己电脑的 IP 地址才行。

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class UdpDicServer extends UdpEchoServer{
    private Map<String,String> hash = new HashMap<>();
    public UdpDicServer(int port) throws SocketException {
        super(port);
        hash.put("hello","你好");
        hash.put("dog","小狗");
        hash.put("cat","小猫");
    }

    @Override
    public String process(String request) {
        return hash.getOrDefault(request,"该词汇未被查询到");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpDicServer server = new UdpDicServer(9090);
        server.start();
    }
}
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实现效果如下：

二、TCP流套接字编程

2.1 API 介绍：

2.1.1 ServerSocket：

ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。

• ServerSocket 构造方法：

• ServerSocket 普通方法：

2.1.2 Socket：

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

不管是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接以后，保存对端的信息，用来与对方收发数据 。

• Socket 构造方法：

• Socket 普通方法：

2.2 Java流套接字通信模型：

TCP流套接字较UDP数据报套接字就要灵活许多，通信双方建立联系后，就可以通过我们前面学过的 IO 流进行数据传输，非常方便。

2.3 代码示例：

2.3.1 TCP Echo Server：

首先创建 ServerSocket，接着通过 accept 方法接收Socket，建立连接后通过 IO 流进行数据交互。

代码如下：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
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 serverSocket = null;

    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
//        单线程
        while(true){
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //连接后的逻辑
            processConnection(clientSocket);
        }
    }

    /**
     * 处理连接后的逻辑
     * @param clientSocket
     * @throws IOException
     */
    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        //这种写法的好处是：可以优雅的 close
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            Scanner in = new Scanner(inputStream);
            while (true) {
                //读取完毕
                if (!in.hasNext()) {
                    System.out.printf("[%s:%d]客户端下线", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                //获取请求
                String request = in.next();
                //根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //将响应写回给客户端
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(response);
                //刷新缓存区
                printWriter.flush();
                //打印日志
                System.out.printf("[%s:%d] req:%s resp:%s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(), request,
                        response);
            }
        }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(9090);
        server.start();
    }
}
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2.3.2 TCP Echo Client：

创建 Socket 向 ServerSocket 发起连接请求，连接成功后，通过 IO 流进行数据交互。

代码如下：

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() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动！");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            while (true) {
                //提示输入请求
                System.out.print("请输入请求:");
                //输入请求
                String request = in.next();
                //发送给服务器获取响应
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(request);
                //保证数据发送出去了
                printWriter.flush();
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                String response = scanner.next();
                //打印响应
                System.out.println(response);
            }
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("192.168.0.198", 9090);
        client.start();
    }
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演示效果如下：

2.3.3 TCP Echo Server优化：

普通的 TCP Echo Server 存在服务器一次只能与一个客户端进行连接的问题，这显然不是我们想要的。

我们可以通过前面所学的多线程来解决这个问题。给每个客户端都分配一个线程。

• 多线程优化：

由于修改的只是 start 方法，下面就只给出 start 多线程版本，大家自己替换一下即可。

public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
//        使用多线程来解决多个客户端的情况
        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            Thread thread = new Thread(()->{
                try {
                    //用该方法来封装一个连接的逻辑
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
            thread.start();
        }

    }
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多线程的效果如下：

• 线程池优化：

采用线程池的优势有：

1. 减低资源开销： 避免频繁的创建和销毁线程带来的系统资源开销。
2. 提高响应速度： 可以直接利用线程池中存在的线程，不用等待创建线程的时间。
3. 可管理性： 进行统一的分配，可以避免大量因抢占式系统资源分配带来的阻塞。

代码如下：

public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        //线程池解决多个客户端的情况
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        while(true){
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            service.submit(()->{
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
        }
    }
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线程池效果如下：

2.4 长短连接：

TCP发送数据时，需要先建立连接，什么时候关闭连接就决定是短连接还是长连接：

• 短连接： 每次接收到数据并返回响应后，都关闭连接，即是短连接。也就是说，短连接只能一次收发数据。
• 长连接： 不关闭连接，一直保持连接状态，双方不停的收发数据，即是长连接。也就是说，长连接可以多次收发数据。

对比以上长短连接，两者区别如下：

1. 建立连接、关闭连接的耗时： 短连接每次请求、响应都需要建立连接，关闭连接，而长连接只需要第一次建立连接，之后的请求、响应都可以直接传输。相对来说建立连接，关闭连接也是要耗时的，长连接效率更高。
2. 主动发送请求对象： 短连接一般是客户端主动向服务端发送请求，而长连接可以是客户端主动发送请求，也可以是服务端主动发。
3. 两者的使用场景：短连接适用于客户端请求频率不高的场景，如浏览网页等。长连接适用于客户端与服务端通信频繁的场景，如聊天室，实时游戏等。

三、TCP业务逻辑实现

• 业务目标： 编写TCP版本的字典客户端和字典服务器：

• 业务实现逻辑： 和上面的 UDP业务逻辑实现一样，这里就不再赘述。

• 业务实现：

代码如下：

import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class TcpDirServer extends TcpEchoServer{
    private Map<String,String> hash = null;
    public TcpDirServer(int port) throws IOException {
        super(port);
        hash = new HashMap<>();
        hash.put("hello","你好");
        hash.put("cat","小猫");
        hash.put("dog","小狗");
    }
    @Override
    public String process(String request) {
        return hash.getOrDefault(request,"该单词查询不到");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpDirServer server = new TcpDirServer(9090);
        server.start();
    }
}

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效果如下：

结语：
其实写博客不仅仅是为了教大家，同时这也有利于我巩固知识点，和做一个学习的总结，由于作者水平有限，对文章有任何问题还请指出，非常感谢。如果大家有所收获的话还请不要吝啬你们的点赞收藏和关注，这可以激励我写出更加优秀的文章。