java socket 信息类型 java socket发消息

 

一、基本示例

1.1 单向通信

服务端等待消息 -> 客户端发送消息 -> 服务端接收消息

服务端：

public class SocketServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 监听指定的端口
    int port = 55533;
    ServerSocket server = new ServerSocket(port);
    
    System.out.println("server将一直等待连接的到来");
    Socket socket = server.accept();
    // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
    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"));
    }
    System.out.println("get message from client: " + sb);
    inputStream.close();
    socket.close();
    server.close();
  }
}

客户端：

public class SocketClient {
  public static void main(String args[]) throws Exception {
    // 要连接的服务端IP地址和端口
    String host = "127.0.0.1"; 
    int port = 55533;
    // 与服务端建立连接
    Socket socket = new Socket(host, port);
    // 建立连接后获得输出流
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    String message="你好  yiwangzhibujian";
    socket.getOutputStream().write(message.getBytes("UTF-8"));
    outputStream.close();
    socket.close();
  }
}

1.2 双向通信

服务端等待消息 -> 客户端发送消息 -> 服务端接收消息 -> 服务端发送消息 -> 客户端接收消息

服务端：

public class SocketServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 监听指定的端口
    int port = 55533;
    ServerSocket server = new ServerSocket(port);
    
    // server将一直等待连接的到来
    System.out.println("server将一直等待连接的到来");
    Socket socket = server.accept();
    // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    byte[] bytes = new byte[1024];
    int len;
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    //只有当客户端关闭它的输出流的时候，服务端才能取得结尾的-1
    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"));
    }
    System.out.println("get message from client: " + sb);

    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    outputStream.write("Hello Client,I get the message.".getBytes("UTF-8"));

    inputStream.close();
    outputStream.close();
    socket.close();
    server.close();
  }
}

客户端：

public class SocketClient {
  public static void main(String args[]) throws Exception {
    // 要连接的服务端IP地址和端口
    String host = "127.0.0.1";
    int port = 55533;
    // 与服务端建立连接
    Socket socket = new Socket(host, port);
    // 建立连接后获得输出流
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    String message = "你好  yiwangzhibujian";
    socket.getOutputStream().write(message.getBytes("UTF-8"));
    //通过shutdownOutput高速服务器已经发送完数据，后续只能接受数据
    socket.shutdownOutput();
    
    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"));
    }
    System.out.println("get message from server: " + sb);
    
    inputStream.close();
    outputStream.close();
    socket.close();
  }
}

二、通信优化

2.1 如何告知对方已发送完命令

其实这个问题还是比较重要的，正常来说，客户端打开一个输出流，如果不做约定，也不关闭它，那么服务端永远不知道客户端是否发送完消息，那么服务端会一直等待下去，直到读取超时。所以怎么告知服务端已经发送完消息就显得特别重要。

2.1.1 通过Socket关闭

这个是第一章介绍的方式，当Socket关闭的时候，服务端就会收到响应的关闭信号，那么服务端也就知道流已经关闭了，这个时候读取操作完成，就可以继续后续工作。但是这种方式有一些缺点：

1. 客户端Socket关闭后，将不能接受服务端发送的消息，也不能再次发送消息
2. 如果客户端想再次发送消息，需要重现创建Socket连接

2.1.2 通过Socket关闭输出流的方式

这种方式调用的方法是：

socket.shutdownOutput();

而不是（outputStream为发送消息到服务端打开的输出流）：

outputStream.close();

如果关闭了输出流，那么相应的Socket也将关闭，和直接关闭Socket一个性质。

调用Socket的shutdownOutput()方法，底层会告知服务端我这边已经写完了，那么服务端收到消息后，就能知道已经读取完消息，如果服务端有要返回给客户的消息那么就可以通过服务端的输出流发送给客户端，如果没有，直接关闭Socket。
这种方式通过关闭客户端的输出流，告知服务端已经写完了，虽然可以读到服务端发送的消息，但是还是有一点点缺点：
不能再次发送消息给服务端，如果再次发送，需要重新建立Socket连接，这个缺点，在访问频率比较高的情况下将是一个需要优化的地方。

2.1.3 通过约定符号

这种方式的用法，就是双方约定一个字符或者一个短语，来当做消息发送完成的标识，通常这么做就需要改造读取方法。假如约定单端的一行为end，代表发送完成，例如下面的消息，end则代表消息发送完成：

hey,
fucking man.
end

那么服务端响应的读取操作需要进行如下改造：

Socket socket = server.accept();
// 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
BufferedReader read=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(),"UTF-8"));
String line;
StringBuilder sb = new StringBuilder();
while ((line = read.readLine()) != null && "end".equals(line)) {
  //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(line);
}

这么做的优缺点如下：
优点：不需要关闭流，当发送完一条命令（消息）后可以再次发送新的命令（消息）
缺点：需要额外的约定结束标志，太简单的容易出现在要发送的消息中，误被结束，太复杂的不好处理，还占带宽

2.1.3 通过指定长度

先指定后续命令的长度，然后读取指定长度的内容做为客户端发送的消息。
现在首要的问题就是用几个字节指定长度呢，我们可以算一算：

1个字节：最大256，表示256B
2个字节：最大65536，表示64K
3个字节：最大16777216，表示16M
4个字节：最大4294967296，表示4G

依次类推
这个时候是不是很纠结，最大的当然是最保险的，但是真的有必要选择最大的吗，其实如果你稍微了解一点UTF-8的编码方式（字符编码后续会写，敬请期待），那么你就应该能想到为什么一定要固定表示长度字节的长度呢，我们可以使用变长方式来表示长度的表示，比如：

第一个字节首位为0：即0XXXXXXX，表示长度就一个字节，最大128，表示128B
第一个字节首位为110，那么附带后面一个字节表示长度：即110XXXXX 10XXXXXX，最大2048，表示2K
第一个字节首位为1110，那么附带后面二个字节表示长度：即110XXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX，最大131072，表示128K
依次类推
上面提到的这种用法适合高富帅的程序员使用，一般呢，如果用作命名发送，两个字节就够了，如果还不放心4个字节基本就能满足你的所有要求，下面的例子我们将采用2个字节表示长度，目的只是给你一种思路，让你知道有这种方式来获取消息的结尾：
服务端：

public class SocketServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 监听指定的端口
    int port = 55533;
    ServerSocket server = new ServerSocket(port);

    // server将一直等待连接的到来
    System.out.println("server将一直等待连接的到来");
    Socket socket = server.accept();
    // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    byte[] bytes;
    // 因为可以复用Socket且能判断长度，所以可以一个Socket用到底
    while (true) {
      // 首先读取两个字节表示的长度
      int first = inputStream.read();
      //如果读取的值为-1 说明到了流的末尾，Socket已经被关闭了，此时将不能再去读取
      if(first==-1){
        break;
      }
      int second = inputStream.read();
      int length = (first << 8) + second;
      // 然后构造一个指定长的byte数组
      bytes = new byte[length];
      // 然后读取指定长度的消息即可
      inputStream.read(bytes);
      System.out.println("get message from client: " + new String(bytes, "UTF-8"));
    }
    inputStream.close();
    socket.close();
    server.close();
  }
}

客户端：

public class SocketClient {
  public static void main(String args[]) throws Exception {
    // 要连接的服务端IP地址和端口
    String host = "127.0.0.1";
    int port = 55533;
    // 与服务端建立连接
    Socket socket = new Socket(host, port);
    // 建立连接后获得输出流
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    String message = "你好  yiwangzhibujian";
    //首先需要计算得知消息的长度
    byte[] sendBytes = message.getBytes("UTF-8");
    //然后将消息的长度优先发送出去
    outputStream.write(sendBytes.length >>8);
    outputStream.write(sendBytes.length);
    //然后将消息再次发送出去
    outputStream.write(sendBytes);
    outputStream.flush();
    //==========此处重复发送一次，实际项目中为多个命名，此处只为展示用法
    message = "第二条消息";
    sendBytes = message.getBytes("UTF-8");
    outputStream.write(sendBytes.length >>8);
    outputStream.write(sendBytes.length);
    outputStream.write(sendBytes);
    outputStream.flush();
    //==========此处重复发送一次，实际项目中为多个命名，此处只为展示用法
    message = "the third message!";
    sendBytes = message.getBytes("UTF-8");
    outputStream.write(sendBytes.length >>8);
    outputStream.write(sendBytes.length);
    outputStream.write(sendBytes);    
    
    outputStream.close();
    socket.close();
  }
}

2.2 服务端并发处理能力

在上面的例子中，服务端仅仅只是接受了一个Socket请求，并处理了它，然后就结束了，但是在实际开发中，一个Socket服务往往需要服务大量的Socket请求，那么就不能再服务完一个Socket的时候就关闭了，这时候可以采用循环接受请求并处理的逻辑，不过当一个请求的处理比较耗时的时候，后面的请求将被阻塞，所以一般都是用多线程的方式来处理Socket，即每有一个Socket请求的时候，就创建一个线程来处理它。

public class SocketServer {
  public static void main(String args[]) throws Exception {
    // 监听指定的端口
    int port = 55533;
    ServerSocket server = new ServerSocket(port);
    // server将一直等待连接的到来
    System.out.println("server将一直等待连接的到来");

    //如果使用多线程，那就需要线程池，防止并发过高时创建过多线程耗尽资源
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(100);
    
    while (true) {
      Socket socket = server.accept();
      
      Runnable runnable=()->{
        try {
          // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
          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"));
          }
          System.out.println("get message from client: " + sb);
          inputStream.close();
          socket.close();
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      };
      threadPool.submit(runnable);
    }
  }
}

三、其他知识

3.1 客户端绑定端口

服务端绑定端口是可以理解的，因为要监听指定的端口，但是客户端为什么要绑定端口，说实话我觉得这么做的人有点2，或许有的网络安全策略配置了端口访出，使用户只能使用指定的端口，那么这样的配置也是挺2的，直接说就可以不要留面子。
当然首先要理解的是，如果没有指定端口的话，Socket会自动选取一个可以用的端口，不用瞎操心的。
但是你非得指定一个端口也是可以的，做法如下，这时候就不能用Socket的构造方法了，要一步一步来：

// 要连接的服务端IP地址和端口
String host = "localhost"; 
int port = 55533;
// 与服务端建立连接
Socket socket = new Socket();
socket.bind(new InetSocketAddress(55534));
socket.connect(new InetSocketAddress(host, port));

这样做就可以了，但是当这个程序执行完成以后，再次执行就会报，端口占用异常：

java.net.BindException: Address already in use: connect

明明上一个Socket已经关闭了，为什么再次使用还会说已经被占用了呢？如果你是用netstat 命令来查看端口的使用情况：

netstat -n|findstr "55533"
TCP 127.0.0.1:55534 127.0.0.1:55533 TIME_WAIT

就会发现端口的使用状态为TIME_WAIT，简单来说，当连接主动关闭后，端口状态变为TIME_WAIT，其他程序依然不能使用这个端口，防止服务端因为超时重新发送的确认连接断开对新连接的程序造成影响。TIME_WAIT的时间一般有底层决定，一般是2分钟，还有1分钟和30秒的。
所以，客户端不要绑定端口，不要绑定端口，不要绑定端口。

3.2 读超时SO_TIMEOUT

读超时这个属性还是比较重要的，当Socket优化到最后的时候，往往一个Socket连接会一直用下去，那么当一端因为异常导致连接没有关闭，另一方是不应该持续等下去的，所以应该设置一个读取的超时时间，当超过指定的时间后，还没有读到数据，就假定这个连接无用，然后抛异常，捕获异常后关闭连接就可以了，调用方法为：

public void setSoTimeout(int timeout)
throws SocketException

timeout - 指定的以毫秒为单位的超时值。设置0为持续等待下去。建议根据网络环境和实际生产环境选择。

这个选项设置的值将对以下操作有影响：

ServerSocket.accept()
SocketInputStream.read()
DatagramSocket.receive()

3.3 设置连接超时

这个连接超时和上面说的读超时不一样，读超时是在建立连接以后，读数据时使用的，而连接超时是在进行连接的时候，等待的时间。

3.4 判断Socket是否可用

当需要判断一个Socket是否可用的时候，不能简简单单判断是否为null，是否关闭，下面给出一个比较全面的判断Socket是否可用的表达式，这是根据Socket自身的一些状态进行判断的，它的状态有：

bound：是否绑定
closed：是否关闭
connected：是否连接
shutIn：是否关闭输入流
shutOut：是否关闭输出流

socket != null && socket.isBound() && !socket.isClosed() && socket.isConnected()&& !socket.isInputShutdown() && !socket.isOutputShutdown()

建议如此使用，但这只是第一步，保证Socket自身的状态是可用的，但是当连接正常创建后，上面的属性如果不调用本方相应的方法是不会改变的，也就是说如果网络断开、服务器主动断开，Java底层是不会检测到连接断开并改变Socket的状态，所以，真实的检测连接状态还是得通过额外的手段，有两种方式。

3.4.1 自定义心跳包

双方需要约定，什么样的消息属于心跳包，什么样的消息属于正常消息，假设你看了上面的章节现在说就容易理解了，我们定义前两个字节为消息的长度，那么我们就可以定义第3个字节为消息的属性，可以指定一位为消息的类型，1为心跳，0为正常消息。那么要做的有如下：

客户端发送心跳包
服务端获取消息判断是否是心跳包，若是丢弃
当客户端发送心跳包失败时，就可以断定连接不可用

3.4.2 通过发送紧急数据

Socket自带一种模式，那就是发送紧急数据，这有一个前提，那就是服务端的OOBINLINE不能设置为true，它的默认值是false。
OOBINLINE的true和false影响了什么：
对客户端没有影响。
对服务端，如果设置为true，那么服务端将会捕获紧急数据，这会对接收数据造成混淆，需要额外判断。
发送紧急数据通过调用Socket的方法：

socket.sendUrgentData(0);

发送数据任意即可，因为OOBINLINE为false的时候，服务端会丢弃掉紧急数据。当发送紧急数据报错以后，我们就会知道连接不通了。

3.4.3 真的需要判断连接断开吗

通过上面的两种方式已经可以判断出连接是否可用，然后我们就可以进行后续操作，可是请大家认真考虑下面的问题：

发送心跳成功时确认连接可用，当再次发送消息时能保证连接还可用吗？即便中间的间隔很短
如果连接不可用了，你会怎么做？重新建立连接再次发送数据？还是说单单只是记录日志？
如果你打算重新建立连接，那么发送心跳包的意义何在？为何不在发送异常时再新建连接？

如果你认真考虑了上面的问题，那么你就会觉得发送心跳包完全是没有必要的操作，通过发送心跳包来判断连接是否可用是通过捕获异常来判断的。那么我们完全可以在发送消息报出IO异常的时候，在异常中重新发送一次即可，这两种方式的编码有什么不同呢，下面写一写伪代码。

提前检测连接是否可用：

//有一个连接中的socket
Socket socket=...
//要发送的数据
String data="";
try{
    //发送心跳包或者紧急数据，来检测连接的可用性
}catch (Excetption e){
    //打印日志，并重连Socket
    socket=new Socket(host,port);
}
socket.write(data);

直接发送数据，出异常后重新连接再次发送：

//有一个连接中的socket
Socket socket=...
//要发送的数据
String data="";
try{
    socket.write(data);
}catch (Excetption e){
    //打印日志，并重连Socket
    socket=new Socket(host,port);
    socket.write(data);
}

通过比较可以发现两种方式的特点，现在简单介绍下：

两种方式均可实现连接断开重新连接并发送。
提前检测，再每次发送消息的时候都要检测，影响效率，占用带宽。

3.5 设置端口重用SO_REUSEADDR

首先，创建Socket时，默认是禁止的，设置true有什么作用呢，Java API中是这么介绍的：

关闭 TCP 连接时，该连接可能在关闭后的一段时间内保持超时状态（通常称为 TIME_WAIT 状态或 2MSL 等待状态）。对于使用已知套接字地址或端口的应用程序而言，如果存在处于超时状态的连接（包括地址和端口），可能不能将套接字绑定到所需的 SocketAddress 上。

使用 bind(SocketAddress) 绑定套接字前启用 SO_REUSEADDR 允许在上一个连接处于超时状态时绑定套接字。
一般是用在绑定端口的时候使用，但是经过我的测试建议如下：

1. 服务端绑定端口后，关闭服务端，重新启动后不会提示端口占用
2. 客户端绑定端口后，关闭，即便设置ReuseAddress为true，即便能绑定端口，连接的时候还是会报端口占用异常

综上所述，不建议绑定端口，也没必要设置ReuseAddress，当然ReuseAddress的底层还是和硬件有关系的，或许在你的机器上测试结果和我不一样，若是如此和平台相关性差异这么大配置更是不建议使用了。

3.6 设置关闭等待SO_LINGER

Java API的介绍是：启用/禁用具有指定逗留时间（以秒为单位）的 SO_LINGER。最大超时值是特定于平台的。 该设置仅影响套接字关闭。
大家都是这么说的，当调用Socket的close方法后，没有发送的数据将不再发送，设置这个值的话，Socket会等待指定的时间发送完数据包。说实话，经过我简单的测试，对于一般数据量来说，几十K左右，即便直接关闭Socket的连接，服务端也是可以收到数据的。
所以对于一般应用没必要设置这个值，当数据量发送过大抛出异常时，再来设置这个值也不晚。那么到达逗留超时值时，套接字将通过 TCP RST 强制性 关闭。启用超时值为零的选项将立即强制关闭。如果指定的超时值大于 65,535，则其将被减少到 65,535。

3.7 设置发送延迟策略TCP_NODELAY

一般来说当客户端想服务器发送数据的时候，会根据当前数据量来决定是否发送，如果数据量过小，那么系统将会根据Nagle 算法（暂时还没研究），来决定发送包的合并，也就是说发送会有延迟，这在有时候是致命的，比如说对实时性要求很高的消息发送，在线对战游戏等，即便数据量很小也要求立即发送，如果稍有延迟就会感觉到卡顿，默认情况下Nagle 算法是开启的，所以如果不打算有延迟，最好关闭它。这样一旦有数据将会立即发送而不会写入缓冲区。
但是对延迟要求不是特别高下还是可以使用的，还是可以提升网络传输效率的。

3.8 设置输出输出缓冲区大小SO_RCVBUF/SO_SNDBUF

SO_SNDBUF：发送缓冲
SO_RCVBUF：接收缓冲
　　
默认都是8K，如果有需要可以修改，通过相应的set方法。不建议修改的太小，设置太小数据传输将过于频繁。太大了将会造成消息停留。
不过我对这个经过测试后有以下结论：

1. 当数据填满缓冲区时，一定会发送
2. 当数据没有填满缓冲区时也会发送，这个算法还是上面说的Nagle 算法

3.9 设置保持连接存活SO_KEEPALIVE

虽然说当设置连接连接的读超时为0，即无限等待时，Socket不会被主动关闭，但是总会有莫名其妙的软件来检测你的连接是否有数据发送，长时间没有数据传输的连接会被它们关闭掉。
因此通过设置这个选项为true，可以有如下效果：当2个小时（具体的实现而不同）内在任意方向上都没有跨越套接字交换数据，则 TCP 会自动发送一个保持存活的消息到对面。将会有以下三种响应：

1. 返回期望的ACK。那么不通知应用程序（因为一切正常），2 小时的不活动时间过后，TCP 将发送另一个探头。
2. 对面返回RST，表明对面挂了，但是又好了，Socket依然要关闭
3. 没有响应，说明对面挂了，这时候关闭Socket
   所以对于构建长时间连接的Socket还是配置上SO_KEEPALIVE比较好。

3.10 异常：java.net.SocketException: Connection reset by peer

这个异常的含义是，我正在写数据的时候，你把连接给关闭了。这个异常在一般正常的编码是不会出现这个异常的，因为用户通常会判断是否读到流的末尾了，读到末尾才会进行关闭操作，如果出现这个异常，那就检查一下判断是否读到流的末尾逻辑是否正确。