这篇文章主要介绍“基于Java实现Socket编程的方法”，在日常操作中，相信很多人在基于Java实现Socket编程的方法问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”基于Java实现Socket编程的方法”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！
认识Socket
socket，又称套接字，是在不同的进程间进行网络通讯的一种协议、约定或者说是规范。
对于socket编程，它更多的时候像是基于TCP/UDP等协议做的一层封装或者说抽象，是一套系统所提供的用于进行网络通信相关编程的接口。
建立socket的基本流程
我们以linux操作系统提供的基本api为例，了解建立一个socket通信的基本流程：
可以看到本质上，socket是对tcp连接（当然也有可能是udp等其他连接）协议，在编程层面上的简化和抽象。
1.最基本的Socket示范
1.1 单向通信
首先，我们从只发送和接收一次消息的socket基础代码开始：
服务端:
package com.marklux.socket.base;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;public class BaseSocketServer { private ServerSocket server; private Socket socket; private int port; private InputStream inputStream; private static final int MAX_BUFFER_SIZE = 1024; public int getPort() { return port; } public void setPort(int port) { this.port = port; } public BaseSocketServer(int port) { this.port = port; } public void runServerSingle() throws IOException { this.server = new ServerSocket(this.port); System.out.println("base socket server started."); // the code will block here till the request come. this.socket = server.accept(); this.inputStream = this.socket.getInputStream(); byte[] readBytes = new byte[MAX_BUFFER_SIZE]; int msgLen; StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); while ((msgLen = inputStream.read(readBytes)) != -1) { stringBuilder.append(new String(readBytes,0,msgLen,"UTF-8")); } System.out.println("get message from client: " + stringBuilder); inputStream.close(); socket.close(); server.close(); } public static void main(String[] args) { BaseSocketServer bs = new BaseSocketServer(9799); try { bs.runServerSingle(); }catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }}客户端:
package com.marklux.socket.base;import java.io.IOException;import java.io.OutputStream;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.net.Socket;public class BaseSocketClient { private String serverHost; private int serverPort; private Socket socket; private OutputStream outputStream; public BaseSocketClient(String host, int port) { this.serverHost = host; this.serverPort = port; } public void connetServer() throws IOException { this.socket = new Socket(this.serverHost, this.serverPort); this.outputStream = socket.getOutputStream(); // why the output stream? } public void sendSingle(String message) throws IOException { try { this.outputStream.write(message.getBytes("UTF-8")); } catch (UnsupportedEncodingException e) { System.out.println(e.getMessage()); } this.outputStream.close(); this.socket.close(); } public static void main(String[] args) { BaseSocketClient bc = new BaseSocketClient("127.0.0.1",9799); try { bc.connetServer(); bc.sendSingle("Hi from mark."); }catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }}先运行服务端，再运行客户端，就可以看到效果。
注意这里的IO操作实现，我们使用了一个大小为
MAX_BUFFER_SIZE的byte数组作为缓冲区，然后从输入流中取出字节放置到缓冲区，再从缓冲区中取出字节构建到字符串中去，这在输入流文件很大时非常有用，事实上，后面要讲到的NIO也是基于这种思路实现的。
1.2 双向通信
上面的例子只实现了一次单向的通信，这显然有点浪费通道。socket连接支持全双工的双向通信（底层是tcp），下面的例子中，服务端在收到客户端的消息后，将返回给客户端一个回执。
并且我们使用了一些java.io包装好的方法，来简化整个通信的流程（因为消息长度不大，不再使用缓冲区）。
服务端:
public void runServer() throws IOException { this.serverSocket = new ServerSocket(port); this.socket = serverSocket.accept(); this.inputStream = socket.getInputStream(); String message = new String(inputStream.readAllBytes(), "UTF-8"); System.out.println("received message: " + message); this.socket.shutdownInput(); // 告诉客户端接收已经完毕，之后只能发送 // write the receipt. this.outputStream = this.socket.getOutputStream(); String receipt = "We received your message: " + message; outputStream.write(receipt.getBytes("UTF-8")); this.outputStream.close(); this.socket.close(); }客户端:
public void sendMessage(String message) throws IOException { this.socket = new Socket(host,port); this.outputStream = socket.getOutputStream(); this.outputStream.write(message.getBytes("UTF-8")); this.socket.shutdownOutput(); // 告诉服务器，所有的发送动作已经结束，之后只能接收 this.inputStream = socket.getInputStream(); String receipt = new String(inputStream.readAllBytes(), "UTF-8"); System.out.println("got receipt: " + receipt); this.inputStream.close(); this.socket.close(); }注意这里我们在服务端接受到消息以及客户端发送消息后，分别调用了
shutdownInput()和shutdownOutput()而不是直接close对应的stream，这是因为在关闭任何一个stream，都会直接导致socket的关闭，也就无法进行后面回执的发送了。但是注意，调用
shutdownInput()和shutdownOutput()之后，对应的流也会被关闭，不能再次向socket发送/写入了。
2. 发送更多的消息：结束的界定
刚才的两个例子中，每次打开流，都只能进行一次写入/读取操作，结束后对应流被关闭，就无法再次写入/读取了。
在这种情况下，如果要发送两次消息，就不得不建立两个socket，既耗资源又麻烦。其实我们完全可以不关闭对应的流，只要分次写入消息就可以了。
但是这样的话，我们就必须面对另一个问题：如何判断一次消息发送的结束呢？
2.1 使用特殊符号
最简单的办法是使用一些特殊的符号来标记一次发送完成，服务端只要读到对应的符号就可以完成一次读取，然后进行相关的处理操作。
下面的例子中我们使用换行符\n来标记一次发送的结束，服务端每接收到一个消息，就打印一次，并且使用了Scanner来简化操作:
服务端:
public void runServer() throws IOException { this.server = new ServerSocket(this.port); System.out.println("base socket server started."); this.socket = server.accept(); // the code will block here till the request come. this.inputStream = this.socket.getInputStream(); Scanner sc = new Scanner(this.inputStream); while (sc.hasNextLine()) { System.out.println("get info from client: " + sc.nextLine()); } // 循环接收并输出消息内容 this.inputStream.close(); socket.close(); }客户端:
public void connetServer() throws IOException { this.socket = new Socket(this.serverHost, this.serverPort); this.outputStream = socket.getOutputStream(); }public void send(String message) throws IOException { String sendMsg = message + "\n"; // we mark \n as a end of line. try { this.outputStream.write(sendMsg.getBytes("UTF-8")); } catch (UnsupportedEncodingException e) { System.out.println(e.getMessage()); }// this.outputStream.close();// this.socket.shutdownOutput(); } public static void main(String[] args) { CycleSocketClient cc = new CycleSocketClient("127.0.0.1", 9799); try { cc.connetServer(); Scanner sc = new Scanner(System.in); while (sc.hasNext()) { String line = sc.nextLine(); cc.send(line); } }catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }运行后效果是，客户端每输入一行文字按下回车后，服务端就会打印出对应的消息读取记录。
2.2 根据长度界定
回到原点，我们之所以不好定位消息什么时候结束，是因为我们不能够确定每次消息的长度。
那么其实可以先将消息的长度发送出去，当服务端知道消息的长度后，就能够完成一次消息的接收了。
总的来说，发送一次消息变成了两个步骤
发送消息的长度
发送消息
最后的问题就是，“发送消息的长度”这一步骤所发送的字节量必须是固定的，否则我们仍然会陷入僵局。
一般来说，我们可以使用固定的字节数来保存消息的长度，比如规定前2个字节就是消息的长度，不过这样我们能够传送的消息最大长度也就被固定死了，以2个字节为例，我们发送的消息最大长度不超过2^16个字节即64K。
如果你了解一些字符的编码，就会知道，其实我们可以使用变长的空间来储存消息的长度，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
当然这样实现起来会麻烦一些，因此下面的例子里我们仍然使用固定的两个字节来记录消息的长度。
服务端:
public void runServer() throws IOException { this.serverSocket = new ServerSocket(this.port); this.socket = serverSocket.accept(); this.inputStream = socket.getInputStream(); byte[] bytes; while (true) { // 先读第一个字节 int first = inputStream.read(); if (first == -1) { // 如果是-1，说明输入流已经被关闭了，也就不需要继续监听了 this.socket.close(); break; } // 读取第二个字节 int second = inputStream.read(); int length = (first << 8) + second; // 用位运算将两个字节拼起来成为真正的长度 bytes = new byte[length]; // 构建指定长度的字节大小来储存消息即可 inputStream.read(bytes); System.out.println("receive message: " + new String(bytes,"UTF-8")); } }客户端:
public void connetServer() throws IOException { this.socket = new Socket(host,port); this.outputStream = socket.getOutputStream(); }public void sendMessage(String message) throws IOException { // 首先要把message转换成bytes以便处理 byte[] bytes = message.getBytes("UTF-8"); // 接下来传输两个字节的长度，依然使用移位实现 int length = bytes.length; this.outputStream.write(length >> 8); // write默认一次只传输一个字节 this.outputStream.write(length); // 传输完长度后，再正式传送消息 this.outputStream.write(bytes); }public static void main(String[] args) { LengthSocketClient lc = new LengthSocketClient("127.0.0.1",9799); try { lc.connetServer(); Scanner sc = new Scanner(System.in); while (sc.hasNextLine()) { lc.sendMessage(sc.nextLine()); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }3. 处理更多的连接：多线程
3.1 同时实现消息的发送与接收
在考虑服务端处理多连接之前，我们先考虑使用多线程改造一下原有的一对一对话实例。
在原有的例子中，消息的接收方并不能主动地向对方发送消息，换句话说我们并没有实现真正的互相对话，这主要是因为消息的发送和接收这两个动作并不能同时进行，因此我们需要使用两个线程，其中一个用于监听键盘输入并将其写入socket，另一个则负责监听socket并将接受到的消息显示。
出于简单考虑，我们直接让主线程负责键盘监听和消息发送，同时另外开启一个线程用于拉取消息并显示。
消息拉取线程 ListenThread.java
public class ListenThread implements Runnable { private Socket socket; private InputStream inputStream; public ListenThread(Socket socket) { this.socket = socket; } @Override public void run() throws RuntimeException{ try { this.inputStream = socket.getInputStream(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); throw new RuntimeException(e.getMessage()); } while (true) { try { int first = this.inputStream.read(); if (first == -1) { // 输入流已经被关闭，无需继续读取 throw new RuntimeException("disconnected."); } int second = this.inputStream.read(); int msgLength = (first<<8) + second; byte[] readBuffer = new byte[msgLength]; this.inputStream.read(readBuffer); System.out.println("message from [" + socket.getInetAddress() + "]: " + new String(readBuffer,"UTF-8")); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); throw new RuntimeException(e.getMessage()); } } }}主线程，启动时由用户选择是作为server还是client：
public class ChatSocket { private String host; private int port; private Socket socket; private ServerSocket serverSocket; private OutputStream outputStream; // 以服务端形式启动，创建会话 public void runAsServer(int port) throws IOException { this.serverSocket = new ServerSocket(port); System.out.println("[log] server started at port " + port); // 等待客户端的加入 this.socket = serverSocket.accept(); System.out.println("[log] successful connected with " + socket.getInetAddress()); // 启动监听线程 Thread listenThread = new Thread(new ListenThread(this.socket)); listenThread.start(); waitAndSend(); } // 以客户端形式启动，加入会话 public void runAsClient(String host, int port) throws IOException { this.socket = new Socket(host, port); System.out.println("[log] successful connected to server " + socket.getInetAddress()); Thread listenThread = new Thread(new ListenThread(this.socket)); listenThread.start(); waitAndSend(); } public void waitAndSend() throws IOException { this.outputStream = this.socket.getOutputStream(); Scanner sc = new Scanner(System.in); while (sc.hasNextLine()) { this.sendMessage(sc.nextLine()); } } public void sendMessage(String message) throws IOException { byte[] msgBytes = message.getBytes("UTF-8"); int length = msgBytes.length; outputStream.write(length>>8); outputStream.write(length); outputStream.write(msgBytes); } public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); ChatSocket chatSocket = new ChatSocket(); System.out.println("select connect type: 1 for server and 2 for client"); int type = Integer.parseInt(scanner.nextLine().toString()); if (type == 1) { System.out.print("input server port: "); int port = scanner.nextInt(); try { chatSocket.runAsServer(port); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }else if (type == 2) { System.out.print("input server host: "); String host = scanner.nextLine(); System.out.print("input server port: "); int port = scanner.nextInt(); try { chatSocket.runAsClient(host, port); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }}3.2 使用线程池优化服务端并发能力
作为服务端，如果一次只跟一个客户端建立socket连接，未免显得太过浪费资源，因此我们完全可以让服务端和多个客户端建立多个socket。
那么既然要处理多个连接，就不得不面对并发问题了（当然，你也可以写循环轮流处理）。我们可以使用多线程来处理并发，不过线程的创建和销毁都会消耗大量的资源和时间，所以最好一步到位，用一个线程池来实现。
下面给出一个示范性质的服务端代码：
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); } }}4. 连接保活
我想你不难发现一个问题，那就是当socket连接成功建立后，如果中途发生异常导致其中一方断开连接，此时另一方是无法发现的，只有在再次尝试发送/接收消息才会因为抛出异常而退出。
简单的说，就是我们维持的socket连接，是一个长连接，但我们没有保证它的时效性，上一秒它可能还是可以用的，但是下一秒就不一定了。
4.1 使用心跳包
保证连接随时可用的最常见方法就是定时发送心跳包，来检测连接是否正常。这对于实时性要求很高的服务而言，还是非常重要的（比如消息推送）。
大体的方案如下：
双方约定好心跳包的格式，要能够区别于普通的消息。
客户端每隔一定时间，就向服务端发送一个心跳包
服务端每接收到心跳包时，将其抛弃
如果客户端的某个心跳包发送失败，就可以判断连接已经断开
如果对实时性要求很高，服务端也可以定时检查客户端发送心跳包的频率，如果超过一定时间没有发送可以认为连接已经断开
4.2 断开时重连
使用心跳包必然会增加带宽和性能的负担，对于普通的应用我们其实并没有必要使用这种方案，如果消息发送时抛出了连接异常，直接尝试重新连接就好了。
跟上面的方案对比，其实这个抛出异常的消息就充当了心跳包的角色。
总的来说，连接是否要保活，如何保活，需要根据具体的业务场景灵活地思考和定制。
到此，关于“基于Java实现Socket编程的方法”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注编程网网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！
