JDK 提供了對 TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）和 UDP（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）這兩個數據傳輸協議的支持。本文開始探討 TCP。
TCP 基礎知識
在“服務器-客戶端”這種架構中，服務器和客戶端各自維護一個端點，兩個端點需要通過網絡進行數據交換。TCP 為這種需求提供了一種可靠的流式連接，流式的意思是傳出和收到的數據都是連續的字節，沒有對數據量進行大小限制。一個端點由 IP 地址和端口構成（專業術語為“元組 {IP 地址, 端口}”）。這樣，一個連接就可以由元組 {本地地址, 本地端口, 遠程地址, 遠程端口} 來表示。
連接過程
在 TCP 編程接口中，端點體現為 TCP 套接字。共有兩種 TCP 套接字：主動和被動，“被動”狀態也常被稱為“偵聽”狀態。服務器和客戶端利用套接字進行連接的過程如下：
- 服務器創建一個被動套接字，開始循環偵聽客戶端的連接。
- 客戶端創建一個主動套接字，連接服務器。
- 服務器接受客戶端的連接，并創建一個代表該連接的主動套接字。
- 服務器和客戶端通過步驟 2 和 3 中創建的兩個主動套接字進行數據傳輸。
下面是連接過程的圖解：
TCP 連接
一個簡單的 TCP 服務器
JDK 提供了 ServerSocket 類來代表 TCP 服務器的被動套接字。下面的代碼演示了一個簡單的 TCP 服務器（多線程阻塞模式），它不斷偵聽并接受客戶端的連接，然后將客戶端發送過來的文本按行讀取，全文轉換為大寫后返回給客戶端，直到客戶端發送文本行 bye：
public class TcpServer implements Runnable {
private ServerSocket serverSocket;
public TcpServer(int port) throws IOException {
// 創建綁定到某個端口的 TCP 服務器被動套接字。
serverSocket = new ServerSocket(port);
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
// 以阻塞的方式接受一個客戶端連接，返回代表該連接的主動套接字。
Socket socket = serverSocket.accept();
// 在新線程中處理客戶端連接。
new Thread(new ClientHandler(socket)).start();
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
}
public class ClientHandler implements Runnable {
private Socket socket;
public ClientHandler(Socket socket) {
this.socket = Objects.requireNonNull(socket);
}
@Override
public void run() {
try (Socket s = socket) { // 減少代碼量的花招……
// 包裝套接字的輸入流以讀取客戶端發送的文本行。
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
// 包裝套接字的輸出流以向客戶端發送轉換結果。
PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(
s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8), true);
String line = null;
while ((line = in.readLine()) != null) {
if (line.equals("bye")) {
break;
}
// 將轉換結果輸出給客戶端。
out.println(line.toUpperCase(Locale.ENGLISH));
}
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
阻塞模式的編程方式簡單，但存在性能問題，因為服務器線程會卡死在接受客戶端的 accept() 方法上，不能有效利用資源。套接字支持非阻塞模式，現在暫時略過。
一個簡單的 TCP 客戶端
JDK 提供了 Socket 類來代表 TCP 客戶端的主動套接字。下面的代碼演示了上述服務器的客戶端：
public class TcpClient implements Runnable {
private Socket socket;
public TcpClient(String host, int port) throws IOException {
// 創建連接到服務器的套接字。
socket = new Socket(host, port);
}
@Override
public void run() {
try (Socket s = socket) { // 再次減少代碼量……
// 包裝套接字的輸出流以向服務器發送文本行。
PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(
s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8), true);
// 包裝套接字的輸入流以讀取服務器返回的文本行。
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
Console console = System.console();
String line = null;
while ((line = console.readLine()) != null) {
if (line.equals("bye")) {
break;
}
// 將文本行發送給服務器。
out.println(line);
// 打印服務器返回的文本行。
console.writer().println(in.readLine());
}
// 通知服務器關閉連接。
out.println("bye");
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
從 JDK 文檔可以看到，ServerSocket 和 Socket 在初始化的時候，可以設定一些參數，還支持延遲綁定。這些東西對性能和行為都有所影響。下一篇文章將詳解這兩個類的初始化。