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用TCP实现服务器与客户端的交互_tcp客户端和服务端

网友: 技术文档 2025-07-30 12:03:37

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 一、TCP的特点

二、API介绍 

1.ServerSocket

 2.Socket

三、实现服务器

四、实现客户端

五、测试解决bug

1.客户端发送了数据之后，并没有响应

2.clientSocket没有执行close()操作

3.尝试使用多个客户端同时连接服务器

六、优化

1.短时间有大量客户端访问并断开连接

2.有大量的客户端长时间在线访问

七、源码

引言：

这篇文章主要是用TCP构造的回显服务器，也就是客户端发什么，就返回什么。用实现这个过程方式来学会TCP套接字的使用。

 一、TCP的特点

  • TCP是可靠的：这个需要去了解TCP的机制，这是一个大工程，博主后面写好了把连接附上
  • TCP是面向字节流的
  • TCP是全双工的
  • TCP是有连接的

除了可靠性，在编程中无法体会到，其他特性我都会一 一讲解。

二、API介绍 

1.ServerSocket

ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API

ServerSocket 构造⽅法：

方法签名 方法说明 ServerSocket(int port) 创建一个服务端流套接字Socket,并绑定到指定端口

ServerSocket ⽅法：

⽅法签名 ⽅法说明 Socket accpet() 开始监听指定端口（创建时绑定端口），有客户端连接后，返回一个服务端Socket对象，并基于Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待 void close()

关闭此套接字

 2.Socket

Socket 是客⼾端Socket，或服务端中接收到客⼾端建⽴连接（accept⽅法）的请求后，返回的服务端Socket。 不管是客⼾端还是服务端Socket，都是双⽅建⽴连接以后，保存的对方信息，及⽤来与对⽅收发数据的。

 Socket构造方法：

方法签名 方法说明 Socket(String host, int port)

创建一个客户端流套接字Socket，并与对应IP的主机上，对应端口的进程建立连接。

host：IP地址

prot：端口号

 这里new出来就是和对方建立完成了。如果建立失败，就会在构造对象的时候抛出异常。

Socket方法：

方法签名 方法说明 InetAddress getInetAddress() 返回套接字所连接的地址 InputStream getInputStream() 返回此套接字的输⼊流 OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流

三、实现服务器

服务器需要指定端口号：

public class TcpEchoServer { private ServerSocket serverSocket = null; //  需要指定服务器的端口 处理ServerSocket抛出的异常 public TcpEchoServer(int port) throws IOException { //  指定服务器的端口 serverSocket = new ServerSocket(port); }}

注意处理抛出的异常

和客户端建立连接：

public class TcpEchoServer { private ServerSocket serverSocket = null; //  需要指定服务器的端口 处理ServerSocket抛出的异常 public TcpEchoServer(int port) throws IOException { //  指定服务器的端口 serverSocket = new ServerSocket(port); } public void start() throws IOException { //服务器需要不停的执行 while (true) { //开始监听指定端口，当有客户端连接后，返回一个保存对方信息的Socket Socket clientSocket = serverSocket.accept(); //处理逻辑 processConnection(clientSocket); } } //针对一个连接，提供处理逻辑 private void processConnection(Socket clientSocket) { }}

这里的accept()就体现了TCP的有连接

当连接成功后，需要处理的逻辑：

 //针对一个连接，提供处理逻辑 private void processConnection(Socket clientSocket) { //打印客户端的信息 返回IP地址返回端口号 System.out.printf(\"[%s : %d]客户端上线\\n\",clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort()); //获取到socket中持有的流对象 try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) { while (true) { //1.获取请求 //2.处理请求 //3.返回响应 //4.打印日志 } }catch (IOException e) { } }

全双工的意思：通信的双方（如客户端和服务器）可以在同一时间内同时进行数据的发送和接收，即两个方向的数据流可以同时传输，互不干扰。

这里的getInputStream、getOutputStream就体现了全双工和面向字节流。

不了解这两个接口的可以去看我这篇文章：

JAVA如何操作文件？（超级详细）_java操作文件-CSDN博客

实现处理逻辑：

 //针对一个连接，提供处理逻辑 private void processConnection(Socket clientSocket) { //打印客户端的信息 返回IP地址返回端口号 System.out.printf(\"[%s : %d]客户端上线\\n\",clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort()); //获取到socket中持有的流对象 try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) { //因为我们用字符串来做为数据传输，用Scanner就可以更方便的传输了 Scanner scanner = new Scanner(inputStream); //包装输出流，主要是用println()会在数据之后加上\\n PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); while (true) { //1.获取请求 if (!scanner.hasNext()) {  //如果scanner无法读取出数据，说明客户端断开了连接，导致服务器这边读取到”末尾“  break; } //2.处理请求 //接收客户端的请求 //如果遇到 空白字符 就会停止输入 String request = scanner.next(); //处理请求 String response = process(request); //3.返回响应 //此处可以按字节数组的形式,但是我们要输入的是字符串，这个就不太方便 //outputStream.write(response.getBytes()); //此方法在写入之后会自动加上\\n printWriter.println(response); //4.打印日志 System.out.printf(\"[%s : %d] 请求 = %s 响应 = %s \\n\",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(), request,response); } }catch (IOException e) { throw new RuntimeException(); } } private String process(String request) { //由于我们是回显服务器这里直接返回就可以了 return request; }

注意里面使用了两个接口包装了一下输入输出流，最主要的是可以在用\\n做为分割。

注意里面的：

发送字符串给客户端，最后会自动加上 \\n 做为结尾

println(response);

接收客户端信息，以空白符做为结尾。

空白符：包括不限于 空格、回车、制表符……

scanner.next();

如果是nextLine()就比较严格，必须是\\n做为结尾

这里的服务器处理逻辑就写完了，但其实这里还有三个错误，后面再单独讲解：

public class TcpEchoServer { private ServerSocket serverSocket = null; //  需要指定服务器的端口 处理ServerSocket抛出的异常 public TcpEchoServer(int port) throws IOException { //  指定服务器的端口 serverSocket = new ServerSocket(port); } public void start() throws IOException { //服务器需要不停的执行 while (true) { //开始监听指定端口，当有客户端连接后，返回一个保存对方信息的Socket Socket clientSocket = serverSocket.accept(); //处理逻辑 processConnection(clientSocket); } } //针对一个连接，提供处理逻辑 private void processConnection(Socket clientSocket) { //打印客户端的信息 返回IP地址返回端口号 System.out.printf(\"[%s : %d]客户端上线\\n\",clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort()); //获取到socket中持有的流对象 try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) { //因为我们用字符串来做为数据传输，用Scanner就可以更方便的传输了 Scanner scanner = new Scanner(inputStream); //包装输出流，主要是用println()会在数据之后加上\\n PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); while (true) { //1.获取请求 if (!scanner.hasNext()) {  //如果scanner无法读取出数据，说明客户端断开了连接，导致服务器这边读取到”末尾“  break; } //2.处理请求 //接收客户端的请求 //如果遇到 空白字符 就会停止输入 String request = scanner.next(); //处理请求 String response = process(request); //3.返回响应 //此处可以按字节数组的形式,但是我们要输入的是字符串，这个就不太方便 //outputStream.write(response.getBytes()); //此方法在写入之后会自动加上\\n printWriter.println(response); //4.打印日志 System.out.printf(\"[%s : %d] 请求 = %s 响应 = %s \\n\",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(), request,response); } }catch (IOException e) { throw new RuntimeException(); } } private String process(String request) { //由于我们是回显服务器这里直接返回就可以了 return request; } public static void main(String[] args) throws IOException { TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8080); server.start(); }}

四、实现客户端

指定服务器的IP和端口号：

public class TcpEchoClient { private Socket socket = null; public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException { //这里只要建立实例，就是和服务端的accept()建立了连接 //socket也就保存了服务器的IP和端口号等 //需要传入服务器的 IP地址 和 端口号 socket = new Socket(serverIP, serverPort); } public void start() { System.out.println(\"客户端启动!\"); } }

整体逻辑：

public class TcpEchoClient { private Socket socket = null; public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException { //需要传入服务器的 IP地址 和 端口号 //这里只要建立实例，就是和服务端的accept()建立了连接 socket = new Socket(serverIP, serverPort); } public void start() { System.out.println(\"客户端启动!\"); try(OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); InputStream inputStream = socket.getInputStream()) { while (true) { //1.从控制台获取数据 //2.将数据发送给服务器 //3.接收服务器响应 //4.打印相关结果 } }catch (IOException e) { throw new RuntimeException(); } }}

整体逻辑实现：

public class TcpEchoClient { private Socket socket = null; public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException { //这里只要建立实例，就是和服务端的accept()建立了连接 //socket也就保存了服务器的IP和端口号等 //需要传入服务器的 IP地址 和 端口号 socket = new Socket(serverIP, serverPort); } public void start() { System.out.println(\"客户端启动!\"); try(OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); InputStream inputStream = socket.getInputStream()) { //用来接收服务器的信息 Scanner scanner = new Scanner(inputStream); //用于接收用户输入 Scanner scannerIn = new Scanner(System.in); //用于输出数据给服务器 PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); while (true) { //1.从控制台获取数据 System.out.print(\"->\"); String request = scannerIn.next(); //2.将数据发送给服务器 printWriter.println(request); //3.接收服务器响应 //判断服务端是否还有信息 if (!scanner.hasNext()) {  break; } //接收服务端信息 String response = scanner.next(); //4.打印相关结果 System.out.println(response); } }catch (IOException e) { throw new RuntimeException(); } } public static void main(String[] args) throws IOException {// 127.0.0.1是专门用来访问自己的 TcpEchoClient client = new TcpEchoClient(\"127.0.0.1\",8080); client.start(); }}

这里仍然纯在一个问题，一会和服务器的问题一起将

五、测试解决bug

最后我会把所有的问题解决了，再把源附上

1.客户端发送了数据之后，并没有响应

 先运行服务器，再运行客户端

可以看到目前还是成功的，那么我们来输入数据。

我们在客户端输入了消息，但是没有任何反应了！

此处的情况是，客户端并没有真正把请求发出去：

PrintWriter这样的类，以及很多IO流中的类，都是 “自带缓冲区” 的。

此方法就带有缓冲区：

printWriter.println(request);

引入缓冲区之后，进行写入数据的操作，并不会马上触发IO，而是先放到内存缓冲区中，等到缓冲区里攒了一波之后，再统一进行发送。

为什么引入缓冲区的机制？

因为IO操作其实是不小的开销，如果数据量较少，那么每一次都进行IO，就有很大一部分开销是IO操作。如果积累到一定数据量再进行IO操作，那么一次IO就传输了这么多数据。

我们可以使用flush方法，主动“刷新缓冲区”：

注意：

服务器 和 客户端 都需要在printWriter.println();后面加上flush()方法。

再来测试：

此时就可以接收到了

2.clientSocket没有执行close()操作

这个问题比较隐蔽，这些ServerSocket 和 Socket 每一次都会在“文件描述符”中创建一个新的表项。

文件描述符：描述了该进程都要操作哪些文件。数组的每个元素就是一个struct file对象，每个结构体就描述了对应的文件信息，数组的小标就称为“文件描述符”。

每次打开一个文件，就想当于在数组上占用了一个位置，而这个数组又是不能扩容的，如果数组满了就会打开文件失败。除非主动调用close才会关闭文件，或者这个进程直接结束了这个数组也被带走了。

那么我们就需要处理一下clientSocket：

 3.尝试使用多个客户端同时连接服务器

要对同一代码启动多个进程，需要设置一下步骤：

分别启动客户端1 和 客户端2 ，可以看到服务器上根本没有第二个客户端启动的信息：

原因：

我们可以用多线程去执行专门执行每一个客户端的请求：

 public void start() throws IOException { //服务器需要不停的执行 while (true) { //开始监听指定端口，当有客户端连接后，返回一个保存对方信息的Socket Socket clientSocket = serverSocket.accept(); //让一个线程去对应一个客户端 Thread thread = new Thread(() -> { //处理逻辑 processConnection(clientSocket); }); thread.start(); } }

结果：

bug问题解决了，但还有一些场景，可能会把服务器干崩溃

六、优化

1.短时间有大量客户端访问并断开连接

一旦短时间内有大量的客户端，并且每个客户端请求都是很快的连接之后并退出的，这个时候对于服务器来说，就会有比较大的压力。这个时候，就算是进程比线程更加的轻量，但是短时间内有大量的线程创建销毁，就无法忽略它的开销了。

我们可以引入线程池，这样就解决了这个问题：

 public void start() throws IOException { //服务器需要不停的执行 while (true) { //开始监听指定端口，当有客户端连接后，返回一个保存对方信息的Socket Socket clientSocket = serverSocket.accept(); ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();// //让一个线程去对应一个客户端// Thread thread = new Thread(() -> {// //处理逻辑// try {//  processConnection(clientSocket);// } catch (IOException e) {//  e.printStackTrace();// }// });// thread.start(); service.submit(() -> { try {  processConnection(clientSocket); } catch (IOException e) {  e.printStackTrace(); } }); } }

这个线程可创建的线程数是很大的：

2.有大量的客户端长时间在线访问

例如直播这样的情况，每个客户端分配一个线程，对于一个系统来说，这里搞几百个线程压力就非常大了。所以这里 线程池/线程 都不太适用了。

可以使用 IO多路复用 ，也就是一个线程分配多个客户端进行服务，因为大部分时间线程都是在等待状态，就能够让线程分配多个客户端，这样的机制我们做为java程序员不需要过多了解，这样的机制以及被大佬们，装进各种框架中了。

七、源码

服务器源码：

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; //  需要指定服务器的端口 处理ServerSocket抛出的异常 public TcpEchoServer(int port) throws IOException { //  指定服务器的端口 serverSocket = new ServerSocket(port); } public void start() throws IOException { //服务器需要不停的执行 while (true) { //开始监听指定端口，当有客户端连接后，返回一个保存对方信息的Socket Socket clientSocket = serverSocket.accept(); ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();// //让一个线程去对应一个客户端// Thread thread = new Thread(() -> {// //处理逻辑// try {//  processConnection(clientSocket);// } catch (IOException e) {//  e.printStackTrace();// }// });// thread.start(); service.submit(() -> { try {  processConnection(clientSocket); } catch (IOException e) {  e.printStackTrace(); } }); } } //针对一个连接，提供处理逻辑 private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException { //打印客户端的信息 返回IP地址返回端口号 System.out.printf(\"[%s : %d]客户端上线\\n\",clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort()); //获取到socket中持有的流对象 try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) { //因为我们用字符串来做为数据传输，用Scanner就可以更方便的传输了 Scanner scanner = new Scanner(inputStream); //包装输出流，主要是用println()会在数据之后加上\\n PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); while (true) { //1.获取请求 if (!scanner.hasNext()) {  //如果scanner无法读取出数据，说明客户端断开了连接，导致服务器这边读取到”末尾“  break; } //2.处理请求 //接收客户端的请求 //如果遇到 空白字符 就会停止输入 String request = scanner.next(); //处理请求 String response = process(request); //3.返回响应 //此处可以按字节数组的形式,但是我们要输入的是字符串，这个就不太方便 //outputStream.write(response.getBytes()); //此方法在写入之后会自动加上\\n printWriter.println(response); //刷新缓冲区 printWriter.flush(); //4.打印日志 System.out.printf(\"[%s : %d] 请求 = %s 响应 = %s \\n\",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(), request,response); } }catch (IOException e) { throw new RuntimeException(); } finally { System.out.printf(\"[%s : %d]客户端下线\\n\",clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort()); clientSocket.close(); } } private String process(String request) { //由于我们是回显服务器这里直接返回就可以了 return request; } public static void main(String[] args) throws IOException { TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(8080); server.start(); }}

客户端源码：

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 { //这里只要建立实例，就是和服务端的accept()建立了连接 //socket也就保存了服务器的IP和端口号等 //需要传入服务器的 IP地址 和 端口号 socket = new Socket(serverIP, serverPort); } public void start() { System.out.println(\"客户端启动!\"); try(OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); InputStream inputStream = socket.getInputStream()) { //用来接收服务器的信息 Scanner scanner = new Scanner(inputStream); //用于接收用户输入 Scanner scannerIn = new Scanner(System.in); //用于输出数据给服务器 PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); while (true) { //1.从控制台获取数据 System.out.print(\"->\"); String request = scannerIn.next(); //2.将数据发送给服务器 printWriter.println(request); //刷新缓冲区 printWriter.flush(); //3.接收服务器响应 //判断服务端是否还有信息 if (!scanner.hasNext()) {  break; } //接收服务端信息 String response = scanner.next(); //4.打印相关结果 System.out.println(response); } }catch (IOException e) { throw new RuntimeException(); } } public static void main(String[] args) throws IOException { TcpEchoClient client = new TcpEchoClient(\"127.0.0.1\",8080); client.start(); }}
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