目录

1. 简介
2. Socket服务器实现
3. Sokcet客户端实现
4. Socket服务器与多客户端的长连接的交互
5. 实现易出问题分析

1.简介

在讲解Socket通信之前，需要先了解一下常见的网络层级，如下图所示ISO将网络传输分为7层，其中Socket通信处于传输层，使用的协议包括TCP和UDP，UDP是基于面向无链接的传输，TCP是基于链接的传输，关于TCP的工作原理，可参考《TCP/IP详解》笔记——TCP/IP基本工作原理概述》。

Socket主要功能是将TCP的复杂的数据传输，通过封装和抽象为简单的API，便于开发者直接调用，不需要关注底层的数据包的拆解和传输流程，如下图所示为Socket通信的基本流程分析如下：

1. 通过SeverSocket绑定一个指定的端口号（一般大于5000）；
2. 调用accpet()方法开始阻塞等待客户端的连接；
3. 客户端创建Socket对象，连接指定的IP和端口号；
4. 连接成功后，服务器与客户端开始数据收发；
5. 关闭连接，释放流接口，流程结束。

2.Socket服务器的实现

通过1中的数据交互的流程分析，知道Socket数据交互的基本流程，首先是需要创建Socket的服务器等待客户端的连接，否则无法正常执行数据的接收通信，因此先分析Socket服务器端的实现。注意流程如下：

1. 服务器创建ServerSocket,调用accpet()等待客户端连接；
2. 获取到Socket对象后，建立输入和输出流，用于打印和发送数据；
3. 数据交互结束后，关闭接口。

private void start() {ServerSocket serverSocket = null;Socket socket = null;DataOutputStream out = null;DataInputStream input = null;try {//1. 服务器创建ServerSocket,调用accpet()等待客户端连接serverSocket = new ServerSocket(30000); System.out.println("服务器等待连接....");socket = serverSocket.accept(); System.out.println("连接成功");//2. 获取到Socket对象后，建立输入和输出流，用于打印和发送数据；input = new DataInputStream(socket.getInputStream());  String clientInputStr = input.readUTF();System.out.println("客户端:" + clientInputStr); out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());    System.out.print("服务器:\t");    // 通过键盘输入    String s = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();    out.writeUTF(s);} catch (IOException e) {System.out.println("服务器 运行异常: " + e.getMessage());   }finally {
//			3.数据交互结束后，关闭接口。try {if(input!=null) {input.close();input = null;}if(out!=null) {out.close();out = null;}if(socket!=null) {socket.close();socket=null;}System.out.println("服务器关闭成功");} catch (IOException e) {System.out.println("服务器异常关闭："+e.getMessage());}}}

3.Sokcet客户端实现

客户端的实现与服务器基本相同，主要是Soccket对象的获取有所区别，服务器是通过ServerSocket的accept()方法获取，而客户端是通过new Socket对象实现，基本流程包括

1. 创建一个Socket并将其连接到指定主机上的指定端口号;
2. 建立数据交互的读写流接口；
3. 数据交互结束，关闭接口。

private void start() {Socket socket = null;try {  //创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号  socket = new Socket("localhost", 30000);  System.out.println("客户端连接成功....");//读取服务器端数据    DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());    //向服务器端发送数据    DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());    System.out.print("客户端: \t");    String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine(); out.writeUTF(str);    String ret = input.readUTF();     System.out.println("服务器: " + ret);    out.close();  input.close();  } catch (Exception e) {  System.out.println("客户端连接异常:" + e.getMessage());   } finally {  if (socket != null) {  try {  socket.close();  System.out.println("客户端关闭成功"); } catch (IOException e) {  socket = null;   System.out.println("客户端关闭异常:" + e.getMessage());   }  }  }}

通过建立Socket的服务器与客户端已建立起了Socket的数据交互的简单流程，以上代码可以直接运行，运行效果如下图所示。

4.Socket服务器与多客户端的长连接的交互

以上讲解了基于Socket的简单的实现，但是其实现时短链接的，也就是数据的交互仅仅是执行一次，执行一次数据交互后，Socket就断开了链接，无法实现长链接的交互。
实现长连接的交互的根本原理是在Sokcet建立数据交互链接时，处于循环状态，除非出现异常情况或主动退出循环，一般是在建立数据交互中添加while，实现循环的效果。在循环执行时是长时间的耗时操作，一般是将流程放置在子线程中操作。其基本实现流程如下：

1. 在ServerSokcet中创建一个ServerThread的线程，用于处理当前Socket对象的数据交互处理；
2. 在ServerSokcet中创建一个while循环不断的监听其他客户端的连接；
3. 客户端中创建一个while循环的控制语句，非异常情况不断的轮询交互。

服务端实现如下：

 public void init() {    try {    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);  while (true) {    // 一旦有堵塞, 则表示服务器与客户端获得了连接    Socket client = serverSocket.accept(); InetAddress address = client.getInetAddress();new ServerThread(client,address).start();}    } catch (Exception e) {    System.out.println("服务器异常: " + e.getMessage());    }    }    public class ServerThread extends Thread{private Socket socket ; private InetAddress address;public ServerThread(Socket client,InetAddress address) {    this.socket = client;    this.address = address;}    @Overridepublic void run() {	DataOutputStream out = null;DataInputStream input = null;try {    // 读取客户端数据    input = new DataInputStream(socket.getInputStream());  String clientInputStr = input.readUTF();//这里要注意和客户端输出流的写方法对应,否则会抛 EOFException  // 处理客户端数据    System.out.println(address.getHostAddress()+"客户端:" + clientInputStr);    // 向客户端回复信息    out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());    System.out.print("服务器:\t");    // 发送键盘输入的一行    String s = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();    out.writeUTF(s);  out.close();  input.close();  } catch (Exception e) {    System.out.println("服务器运行异常: " + e.getMessage());    } finally {    if (socket != null) {    try {    socket.close();    } catch (Exception e) {    socket = null;    System.out.println("服务器 关闭异常:" + e.getMessage());    }    }    }   }
} 

为便于区分是那个客户端的连接，在创建Sokcet对象时获取InetAddress属性，查看该客户端的IP地址值。

客户的代码实现与第三部分类似，加入了循环语句以及是否结束判断。

public class MulipteClient {  public static final String IP_ADDR = "localhost";//服务器地址   127.0.0.1public static final int PORT = 30000;//服务器端口号    public static boolean isRunning = true;public static void main(String[] args) {    System.out.println("客户端启动...");    System.out.println("当接收到服务器端字符为 \"Bye\" 的时候, 客户端将终止\n");   while (isRunning) {    Socket socket = null;  try {  //创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号  socket = new Socket(IP_ADDR, PORT); //读取服务器端数据    DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());    //向服务器端发送数据    DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());    System.out.print("客户端: \t");    String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine(); out.writeUTF(str);    String ret = input.readUTF();     System.out.println("服务器: " + ret);    // 如接收到 "Bye" 则断开连接    if ("Bye".equals(ret)) {    System.out.println("客户端将关闭连接");    Thread.sleep(500);    break;    }    out.close();  input.close();  } catch (Exception e) {  System.out.println("客户端连接异常:" + e.getMessage()); isRunning = false;} finally {  if (socket != null) {  try {  socket.close();  } catch (IOException e) { socket = null;   isRunning = false;System.out.println("客户端关闭异常:" + e.getMessage());   }  }  }  }    }    
}

实现效果如下：

5.实现易出问题分析

如按照上面讲解，理论上代码是可以直接使用，但是在实际使用时会出现各种各样的问题，大致为如下几点。

1. 服务器和客户端连接失败；
2. 连接成功，但是无法收发数据；
3. 数据接收成功，但是再次执行会报错（Address already in use: JVM_Bind）
4. 无法保持长链接数据交互；
5. 无法实现多客户端数据交互。
   针对以上问题，逐条讲解如下：

5.1 服务器和客户端连接失败

该问题的出现，按照以下先后顺序排查：

1. 服务器和客户端是否联网；
2. 两端网络是否可以ping通；
3. 服务器是否正常开启；
4. 客户端是否正常开启
5. 创建Socket时，IP和端口号是否正确；
6. 服务器创建Socket的端口号时，是否低于2013或与某一软件冲突，可通过netstat命令排查；

5.2 连接成功，但是无法收发数据

该问题的出现，按照以下先后顺序排查：

1. 读写流的代码编写是否正确；
2. 数据收发是否一致，如下所示，包含多种类型；
   
3. 发送间隔和读取间隔的判断；
4. 如果以上判断还是有问题，可通过抓包查看是否发送和结束。

5.3 数据接收成功，但是再次执行会报错

该情况最容易出现的错误就是，Address already in use: JVM_Bind，原因是由于已经开启了服务器，并且设定了一个固定端口号，再次开启时，就会引起端口号冲突的现象。解决方式有两种：

• 关闭之前的服务器，然后再次开启；
• 新开启的服务器设置新的端口号。

5.4 无法保持长链接数据交互

导致该情况的发生有跟多种情况，最常见的包括以下几种：

1. 数据交互中，关闭了socket和其他流接口，导致无法继续数据交互；

2. 服务器或客户端没有建立while循环数据交互流程，或者中间出现退出情况，导致无法循环数据交互；

3. 在实际项目中，包含一些协议的规定，例如数据交互的流程是服务器发送一段数据至客户端后，处于等待状态，如客户端解析成功，则回复服务器。但是如果出现以下情况：

   a. 数据包不完整（例如按照字节发送），解析包头、长度或校验和失败；
   b.客户端阻塞或数据处理出现异常；
   c. 网络异常

5.5无法实现多客户端数据交互

该问题的出现需要重点排查服务器端，实现满足多客户端的实现机制是在建立ServerSocket时，创建while(true)的循环等待机制，不断的去accept()客户端，并创建一个新的线程去执行该客户端对应的socket对象。如下所示，因此如果出现无法多客户端连接时，可参考下面实例代码排查。

		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);  while (true) {    // 一旦有堵塞, 则表示服务器与客户端获得了连接    Socket client = serverSocket.accept(); InetAddress address = client.getInetAddress();new ServerThread(client,address).start();}   

最后，提供Demo的链接，欢迎star and fork。