从零构建netty--socket基础

socket基础

对于java网络编程来说，我们能接触到的最底层便是socket了。我相信大部分阅读此篇文章的同仁都用过socket。但是，我这篇教程的理念之一就是事无巨细，或者说，啰里啰嗦。因为本来就是一个思维的过程，所以，看官老爷们，就当做意识流风格来看吧(也是因为我文笔较差，因此文章的观赏性可能不是太好，给自己找个理由)。

我在刚学编程的时候，其实是一脸茫然的，虽然也会为屏幕输出“hello world",感到兴奋，但是兴奋之余会觉得，嗯~？，这东西跟我想象的不一样啊，就一个黑屏上输出几个字符，能干啥？这玩意跟网站啥的不沾边啊。包括学习了一些算法、数据结构后，还是觉得，网站啥的，跟我学的不沾边。

后来在学习参加了一个项目，涉及到网络编程，项目简单点说就是树莓派跟pc通过路由器进行数据交换。从那时候起开始使用socket，当然那个时候不求甚解，根本跟学过的网络模型也对不上号。什么三次握手，四次挥手，没用到啊。先不管，干就完了。

秉着这个徐循渐进的学习及思考过程，我就开始了socket编程。

链接

来一段服务端socket示例：

代码 1-1

public class OioServer {
    private ServerSocket serverSocket;
    private void openServer(int port) throws IOException {
        // 1 创建ServerSocket
        serverSocket = new ServerSocket();
        // 2 绑定端口
        SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(port);
        serverSocket.bind(socketAddress);
    }

    @Test
    public void testOpenServer() throws IOException {
        OioServer oioServer = new OioServer();
        oioServer.openServer(8081);
        // block
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        scan.next();
    }
}

运行test后，服务器开始监听port端口了。然后我们验证下是不是真的在监听，我再window上测试的，所以这里以window为例。首先要打开cmd窗口，然后输入命令

代码 1-2

netstat -aon|findstr "8081"

图1-1

可以看到真的在监听了, 现在虽然开始监听了，但是，真的有客户端从8081进来该怎么办？我们还需要处理连接，这个连接就是我们的主角socket.

修改1-1代码如下：

代码1-2

public class OioServer {
    private ServerSocket serverSocket;
    private void openServer(int port) throws IOException {
        // 1 创建ServerSocket
        serverSocket = new ServerSocket();
        // 2 绑定端口
        SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(port);
        serverSocket.bind(socketAddress);
    }

    @Test
    public void testOpenServer() throws IOException {
        OioServer oioServer = new OioServer();
        oioServer.openServer(8081);
        Socket socket = oioServer.listenAccept();
    }
}

此时，服务端就运行有客户端进来连接了。然后我们再写一个客户端。

代码 1-3

public class OioClient{
   
    public Socket connect(String host, int port) throws IOException {
        Socket socket = new Socket();
        socket.connect(new InetSocketAddress(host, port));
        return socket
    }

    @Test
    public void testClient() throws IOException, InterruptedException {
        OioClient oioServer = new OioClient();
        oioServer.connect("127.0.0.1", 8081);
         // block
         Scanner scan = new Scanner(System.in);
         scan.next();
    }
}
 

运行test，为例不让test退出，我们用标准出入block住test线程。记住，现在我们服务端还在监听，我服务端和客户端都跑在同一台pc上。效果如图

图1-2

可以看到第二行本地地址是127.0.0.1:6283远程地址是127.0.0.1:8081,那我们是不是可以猜到，这个TCP连接是客户端的，客户端的IP是6283,我们虽然没指定，但是系统会给我们随机分配一个可用的端口，不信可以试一下，下次可能就不一样了。

顺理成章，第三行就是我们服务端的TCP连接。

那么我们是不是可以有一个这样的结论：socket其实就是一个TCP连接的封装(当然也可以是UDP，这里不做讨论)？或者socket的下层是TCP/IP层？

到现在我们大概知道了socket跟TCP的联系，既跟网络模型的联系。

有了TCP链接，我们就可以开始传输数据了。很多网上例子是，简历socket连接后，客户端给服务器发送数据，然后服务器接收数据并回复。但是请不要误解，过程不一定全部是这样的。我们客户端和服务端建立链接后，两边都得到一个socket,这两个socket是等价的。如果你对TCP有了解的话，一定会知道TCP的四次挥手，网上关于四次挥手的图大概也都是下图这个样子：

图1-3

但是呢，四次挥手同样可以由服务端发起。因此，就算是在TCP层，两个socket的是等价的。

通讯

我们得到活跃的socket后，就可以对socket进行读写操作了。既然socket没什么区别，那我们可以无差异对待socket。我们来写socket读写取的方法：

代码1-4

public class SocketUtils {
    /**
     * 从socket中读数据
     */
    public static String read(Socket socket) {
        try {
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {
                //注意指定编码格式，发送方和接收方一定要统一，建议使用UTF-8
                sb.append(new String(bytes, 0, len, "UTF-8"));
            }
            return sb.toString();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * 往socket中写数据
     */
    public static void write(Socket socket, String response) {
        try {
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            outputStream.write(response.getBytes("UTF-8"));
            outputStream.flush();
            socket.shutdownOutput();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面代码以入参的形势将socket传入，然后就行读写，注意，我们这两个并没有调用方法socket.close,也就是说socket可以重复读写数据，而网上大部分教程直接会吧socket给关闭，造成初学者以为每次读写玩就得关闭socket的错觉。

在方法read中，根据(len = inputStream.read(bytes)) != -1来判断是否读取完数据。而写入数据端怎么告诉接收端它完成了写入呢？我们可以用socket.shutdownOutput()方法。

好，接下来我们就来测试下发送与接收数据。

代码1-4

public class OioServer {
    ...

    @Test
    public void testOpenServer() throws IOException {
         OioServer oioServer = new OioServer();
        oioServer.openServer(8081);
        Socket socket = oioServer.listenAccept();
        SocketUtils.write(socket, "Can you hear me?");
        String msg = SocketUtils.read(socket);
        System.out.println(msg);
        // block
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        scan.next();
    }
}

代码1-5

public class OioClient {

   ...
    
    @Test
    public void testClient() throws IOException, InterruptedException {
        OioClient oioServer = new OioClient();
        Socket socket = oioServer.connect("127.0.0.1", 8081);
        String msg = SocketUtils.read(socket);
        System.out.println(msg);
        SocketUtils.write(socket, "Yes, I can hear you!");
        // block
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        scan.next();
    }
}

先执行testOpenServer()再执行testClient()。就会完成对话。当然我们可以重复调SocketUtils.read和 SocketUtils.write进行通讯，只要两边socket不关闭。

小结

此篇文章总结了Socket的一些使用，包括服务器启动，socket建立，并证明了socket的等价性