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day05 Java网络编程socket 与多线程

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java网络编程

java.net.Socket

Socket(套接字)封装了TCP协议的通讯细节，是的我们使用它可以与服务端建立网络链接，并通过 它获取两个流(一个输入一个输出)，然后使用这两个流的读写操作完成与服务端的数据交互

java.net.ServerSocket

ServerSocket运行在服务端，作用有两个:

1:向系统申请服务端口，客户端的Socket就是通过这个端口与服务端建立连接的。

2:监听服务端口，一旦一个客户端通过该端口建立连接则会自动创建一个Socket，并通过该Socket与客户端进行数据交互。

如果我们把Socket比喻为电话，那么ServerSocket相当于是某客服中心的总机。

与服务端建立连接案例:

package socket;

import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

/**
 * 聊天室客户端
 */
public class Client {
    /*
        java.net.Socket 套接字
        Socket封装了TCP协议的通讯细节，我们通过它可以与远端计算机建立链接，
        并通过它获取两个流(一个输入，一个输出)，然后对两个流的数据读写完成
        与远端计算机的数据交互工作。
        我们可以把Socket想象成是一个电话，电话有一个听筒(输入流)，一个麦克
        风(输出流)，通过它们就可以与对方交流了。
     */
    private Socket socket;

    /**
     * 构造方法，用来初始化客户端
     */
    public Client(){
        try {
            System.out.println("正在链接服务端...");
            /*
                实例化Socket时要传入两个参数
                参数1:服务端的地址信息
                     可以是IP地址，如果链接本机可以写"localhost"
                参数2:服务端开启的服务端口
                我们通过IP找到网络上的服务端计算机，通过端口链接运行在该机器上
                的服务端应用程序。
                实例化的过程就是链接的过程，如果链接失败会抛出异常:
                java.net.ConnectException: Connection refused: connect
             */
            socket = new Socket("localhost",8088);
            System.out.println("与服务端建立链接!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 客户端开始工作的方法
     */
    public void start(){

    }

    public static void main(String[] args) {
        Client client = new Client();
        client.start();
    }
}

package socket;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 聊天室服务端
 */
public class Server {
    /**
     * 运行在服务端的ServerSocket主要完成两个工作:
     * 1:向服务端操作系统申请服务端口，客户端就是通过这个端口与ServerSocket建立链接
     * 2:监听端口，一旦一个客户端建立链接，会立即返回一个Socket。通过这个Socket
     *   就可以和该客户端交互了
     *
     * 我们可以把ServerSocket想象成某客服的"总机"。用户打电话到总机，总机分配一个
     * 电话使得服务端与你沟通。
     */
    private ServerSocket serverSocket;

    /**
     * 服务端构造方法，用来初始化
     */
    public Server(){
        try {
            System.out.println("正在启动服务端...");
            /*
                实例化ServerSocket时要指定服务端口，该端口不能与操作系统其他
                应用程序占用的端口相同，否则会抛出异常:
                java.net.BindException:address already in use

                端口是一个数字，取值范围:0-65535之间。
                6000之前的的端口不要使用，密集绑定系统应用和流行应用程序。
             */
            serverSocket = new ServerSocket(8088);
            System.out.println("服务端启动完毕!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 服务端开始工作的方法
     */
    public void start(){
        try {
            System.out.println("等待客户端链接...");
            /*
                ServerSocket提供了接受客户端链接的方法:
                Socket accept()
                这个方法是一个阻塞方法，调用后方法"卡住"，此时开始等待客户端
                的链接，直到一个客户端链接，此时该方法会立即返回一个Socket实例
                通过这个Socket就可以与客户端进行交互了。
                
                可以理解为此操作是接电话，电话没响时就一直等。
             */
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("一个客户端链接了！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Server server = new Server();
        server.start();
    }
}

客户端与服务端完成第一次通讯(发送一行字符串)

Socket提供了两个重要的方法:

OutputStream getOutputStream()

该方法会获取一个字节输出流，通过这个输出流写出的字节数据会通过网络发送给对方。

InputStream getInputStream()

通过该方法获取的字节输入流读取的是远端计算机发送过来的数据。

image-20220209173620702

客户端代码：

package socket;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

/**
 * 聊天室客户端
 */
public class Client {
    /*
        java.net.Socket 套接字
        Socket封装了TCP协议的通讯细节，我们通过它可以与远端计算机建立链接，
        并通过它获取两个流(一个输入，一个输出)，然后对两个流的数据读写完成
        与远端计算机的数据交互工作。
        我们可以把Socket想象成是一个电话，电话有一个听筒(输入流)，一个麦克
        风(输出流)，通过它们就可以与对方交流了。
     */
    private Socket socket;

    /**
     * 构造方法，用来初始化客户端
     */
    public Client(){
        try {
            System.out.println("正在链接服务端...");
            /*
                实例化Socket时要传入两个参数
                参数1:服务端的地址信息
                     可以是IP地址，如果链接本机可以写"localhost"
                参数2:服务端开启的服务端口
                我们通过IP找到网络上的服务端计算机，通过端口链接运行在该机器上
                的服务端应用程序。
                实例化的过程就是链接的过程，如果链接失败会抛出异常:
                java.net.ConnectException: Connection refused: connect
             */
            socket = new Socket("localhost",8088);
            System.out.println("与服务端建立链接!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 客户端开始工作的方法
     */
    public void start(){
        try {
            /*
                Socket提供了一个方法:
                OutputStream getOutputStream()
                该方法获取的字节输出流写出的字节会通过网络发送给对方计算机。
             */
            //低级流，将字节通过网络发送给对方
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            //高级流，负责衔接字节流与字符流，并将写出的字符按指定字符集转字节
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(out,"UTF-8");
            //高级流，负责块写文本数据加速
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);
            //高级流，负责按行写出字符串，自动行刷新
            PrintWriter pw = new PrintWriter(bw,true);

            pw.println("你好服务端!");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Client client = new Client();
        client.start();
    }
}

服务端代码:

package socket;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 聊天室服务端
 */
public class Server {
    /**
     * 运行在服务端的ServerSocket主要完成两个工作:
     * 1:向服务端操作系统申请服务端口，客户端就是通过这个端口与ServerSocket建立链接
     * 2:监听端口，一旦一个客户端建立链接，会立即返回一个Socket。通过这个Socket
     *   就可以和该客户端交互了
     *
     * 我们可以把ServerSocket想象成某客服的"总机"。用户打电话到总机，总机分配一个
     * 电话使得服务端与你沟通。
     */
    private ServerSocket serverSocket;

    /**
     * 服务端构造方法，用来初始化
     */
    public Server(){
        try {
            System.out.println("正在启动服务端...");
            /*
                实例化ServerSocket时要指定服务端口，该端口不能与操作系统其他
                应用程序占用的端口相同，否则会抛出异常:
                java.net.BindException:address already in use

                端口是一个数字，取值范围:0-65535之间。
                6000之前的的端口不要使用，密集绑定系统应用和流行应用程序。
             */
            serverSocket = new ServerSocket(8088);
            System.out.println("服务端启动完毕!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 服务端开始工作的方法
     */
    public void start(){
        try {
            System.out.println("等待客户端链接...");
            /*
                ServerSocket提供了接受客户端链接的方法:
                Socket accept()
                这个方法是一个阻塞方法，调用后方法"卡住"，此时开始等待客户端
                的链接，直到一个客户端链接，此时该方法会立即返回一个Socket实例
                通过这个Socket就可以与客户端进行交互了。

                可以理解为此操作是接电话，电话没响时就一直等。
             */
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("一个客户端链接了！");

            /*
                Socket提供的方法:
                InputStream getInputStream()
                获取的字节输入流读取的是对方计算机发送过来的字节
             */
            InputStream in = socket.getInputStream();
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in,"UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            String message = br.readLine();
            System.out.println("客户端说:"+message);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Server server = new Server();
        server.start();
    }
}

实现客户端循环发消息给服务端

客户端代码:

package socket;

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * 聊天室客户端
 */
public class Client {
    /*
        java.net.Socket 套接字
        Socket封装了TCP协议的通讯细节，我们通过它可以与远端计算机建立链接，
        并通过它获取两个流(一个输入，一个输出)，然后对两个流的数据读写完成
        与远端计算机的数据交互工作。
        我们可以把Socket想象成是一个电话，电话有一个听筒(输入流)，一个麦克
        风(输出流)，通过它们就可以与对方交流了。
     */
    private Socket socket;

    /**
     * 构造方法，用来初始化客户端
     */
    public Client(){
        try {
            System.out.println("正在链接服务端...");
            /*
                实例化Socket时要传入两个参数
                参数1:服务端的地址信息
                     可以是IP地址，如果链接本机可以写"localhost"
                参数2:服务端开启的服务端口
                我们通过IP找到网络上的服务端计算机，通过端口链接运行在该机器上
                的服务端应用程序。
                实例化的过程就是链接的过程，如果链接失败会抛出异常:
                java.net.ConnectException: Connection refused: connect
             */
            socket = new Socket("localhost",8088);
            System.out.println("与服务端建立链接!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 客户端开始工作的方法
     */
    public void start(){
        try {
            /*
                Socket提供了一个方法:
                OutputStream getOutputStream()
                该方法获取的字节输出流写出的字节会通过网络发送给对方计算机。
             */
            //低级流，将字节通过网络发送给对方
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            //高级流，负责衔接字节流与字符流，并将写出的字符按指定字符集转字节
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(out,"UTF-8");
            //高级流，负责块写文本数据加速
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);
            //高级流，负责按行写出字符串，自动行刷新
            PrintWriter pw = new PrintWriter(bw,true);

            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while(true) {
                String line = scanner.nextLine();
                if("exit".equalsIgnoreCase(line)){
                    break;
                }
                pw.println(line);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                /*
                    通讯完毕后调用socket的close方法。
                    该方法会给对方发送断开信号。
                 */
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Client client = new Client();
        client.start();
    }
}

服务端代码:

package socket;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 聊天室服务端
 */
public class Server {
    /**
     * 运行在服务端的ServerSocket主要完成两个工作:
     * 1:向服务端操作系统申请服务端口，客户端就是通过这个端口与ServerSocket建立链接
     * 2:监听端口，一旦一个客户端建立链接，会立即返回一个Socket。通过这个Socket
     *   就可以和该客户端交互了
     *
     * 我们可以把ServerSocket想象成某客服的"总机"。用户打电话到总机，总机分配一个
     * 电话使得服务端与你沟通。
     */
    private ServerSocket serverSocket;

    /**
     * 服务端构造方法，用来初始化
     */
    public Server(){
        try {
            System.out.println("正在启动服务端...");
            /*
                实例化ServerSocket时要指定服务端口，该端口不能与操作系统其他
                应用程序占用的端口相同，否则会抛出异常:
                java.net.BindException:address already in use

                端口是一个数字，取值范围:0-65535之间。
                6000之前的的端口不要使用，密集绑定系统应用和流行应用程序。
             */
            serverSocket = new ServerSocket(8088);
            System.out.println("服务端启动完毕!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 服务端开始工作的方法
     */
    public void start(){
        try {
            System.out.println("等待客户端链接...");
            /*
                ServerSocket提供了接受客户端链接的方法:
                Socket accept()
                这个方法是一个阻塞方法，调用后方法"卡住"，此时开始等待客户端
                的链接，直到一个客户端链接，此时该方法会立即返回一个Socket实例
                通过这个Socket就可以与客户端进行交互了。

                可以理解为此操作是接电话，电话没响时就一直等。
             */
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("一个客户端链接了！");

            /*
                Socket提供的方法:
                InputStream getInputStream()
                获取的字节输入流读取的是对方计算机发送过来的字节
             */
            InputStream in = socket.getInputStream();
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in,"UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            String message = null;
            while((message = br.readLine())!=null) {
                System.out.println("客户端说:" + message);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Server server = new Server();
        server.start();
    }
}

需要注意的几个点:

1:当客户端不再与服务端通讯时，需要调用socket.close()断开链接，此时会发送断开链接的信号给服务端。这时服务端的br.readLine()方法会返回null，表示客户端断开了链接。

2:当客户端链接后不输入信息发送给服务端时，服务端的br.readLine()方法是出于阻塞状态的，直到读取了一行来自客户端发送的字符串。

多客户端链接

之前只有第一个连接的客户端可以与服务端说话。

原因:

服务端只调用过一次accept方法，因此只有第一个客户端链接时服务端接受了链接并返回了Socket,此时可以与其交互。

而第二个客户端建立链接时，由于服务端没有再次调用accept，因此无法与其交互。

image-20210430094142755

package socket;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 聊天室服务端
 */
public class Server {
    /**
     * 运行在服务端的ServerSocket主要完成两个工作:
     * 1:向服务端操作系统申请服务端口，客户端就是通过这个端口与ServerSocket建立链接
     * 2:监听端口，一旦一个客户端建立链接，会立即返回一个Socket。通过这个Socket
     *   就可以和该客户端交互了
     *
     * 我们可以把ServerSocket想象成某客服的"总机"。用户打电话到总机，总机分配一个
     * 电话使得服务端与你沟通。
     */
    private ServerSocket serverSocket;

    /**
     * 服务端构造方法，用来初始化
     */
    public Server(){
        try {
            System.out.println("正在启动服务端...");
            /*
                实例化ServerSocket时要指定服务端口，该端口不能与操作系统其他
                应用程序占用的端口相同，否则会抛出异常:
                java.net.BindException:address already in use

                端口是一个数字，取值范围:0-65535之间。
                6000之前的的端口不要使用，密集绑定系统应用和流行应用程序。
             */
            serverSocket = new ServerSocket(8088);
            System.out.println("服务端启动完毕!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 服务端开始工作的方法
     */
    public void start(){
        try {
            while(true) {
                System.out.println("等待客户端链接...");
                /*
                    ServerSocket提供了接受客户端链接的方法:
                    Socket accept()
                    这个方法是一个阻塞方法，调用后方法"卡住"，此时开始等待客户端
                    的链接，直到一个客户端链接，此时该方法会立即返回一个Socket实例
                    通过这个Socket就可以与客户端进行交互了。

                    可以理解为此操作是接电话，电话没响时就一直等。
                 */
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("一个客户端链接了！");
                /*
                    Socket提供的方法:
                    InputStream getInputStream()
                    获取的字节输入流读取的是对方计算机发送过来的字节
                 */
                InputStream in = socket.getInputStream();
                InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in, "UTF-8");
                BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

                String message = null;
                while ((message = br.readLine()) != null) {
                    System.out.println("客户端说:" + message);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Server server = new Server();
        server.start();
    }
}

添加循环操作后，发现依然无法实现。

原因在于:

外层的while循环里面嵌套了一个内层循环(循环读取客户端发送消息)，而循环执行机制决定了里层循环不结束，外层循环则无法进入第二次操作。

image-20210430101705542

多线程

线程:一个顺序的单一的程序执行流程就是一个线程。代码一句一句的有先后顺序的执行。

多线程:多个单一顺序执行的流程并发运行。造成”感官上同时运行”的效果。

并发:

多个线程实际运行是走走停停的。线程调度程序会将CPU运行时间划分为若干个时间片段并

尽可能均匀的分配给每个线程，拿到时间片的线程被CPU执行这段时间。当超时后线程调度

程序会再次分配一个时间片段给一个线程使得CPU执行它。如此反复。由于CPU执行时间在

纳秒级别，我们感觉不到切换线程运行的过程。所以微观上走走停停，宏观上感觉一起运行

的现象成为并发运行!

用途:

  • 当出现多个代码片段执行顺序有冲突时，希望它们各干各的时就应当放在不同线程上”同时”运行
  • 一个线程可以运行，但是多个线程可以更快时，可以使用多线程运行

线程的生命周期图

image-20210401171503425

创建线程有两种方式

方式一:继承Thread并重写run方法

定义一个线程类，重写run方法，在其中定义线程要执行的任务(希望和其他线程并发执行的任务)。

注:启动该线程要调用该线程的start方法，而不是run方法！！！

package thread;

/**
 * 多线程
 * 线程:程序中一个单一的顺序执行流程
 * 多线程:多个单一顺序执行流程"同时"执行
 *
 * 多线程改变了代码的执行方式，从原来的单一顺序执行流程变为多个执行流程"同时"执行。
 * 可以让多个代码片段的执行互不打扰。
 *
 * 线程之间是并发执行的，并非真正意义上的同时运行。
 * 常见线程有两种方式:
 * 1:继承Thread并重写run方法
 *
 */
public class ThreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建两个线程
        Thread t1 = new MyThread1();
        Thread t2 = new MyThread2();
        /*
            启动线程,注意:不要调用run方法！！
            线程调用完start方法后会纳入到系统的线程调度器程序中被统一管理。
            线程调度器会分配时间片段给线程，使得CPU执行该线程这段时间，用完后
            线程调度器会再分配一个时间片段给一个线程，如此反复，使得多个线程
            都有机会执行一会，做到走走停停，并发运行。
            线程第一次被分配到时间后会执行它的run方法开始工作。
         */
        t1.start();
        t2.start();

    }
}
/**
 * 第一种创建线程的优点:
 * 结构简单，利于匿名内部类形式创建。
 *
 * 缺点:
 * 1:由于java是单继承的，这会导致继承了Thread就无法再继承其他类去复用方法
 * 2:定义线程的同时重写了run方法，这等于将线程的任务定义在了这个线程中导致
 *   线程只能干这件事。重(chong)用性很低。
 */
class MyThread1 extends Thread{
    public void run(){
        for (int i=0;i<1000;i++){
            System.out.println("hello姐~");
        }
    }
}
class MyThread2 extends Thread{
    public void run(){
        for (int i=0;i<1000;i++){
            System.out.println("来了~老弟!");
        }
    }
}

第一种创建线程的方式

优点:

在于结构简单，便于匿名内部类形式创建。

缺点:

  • 1:直接继承线程，会导致不能在继承其他类去复用方法，这在实际开发中是非常不便的。
  • 2:定义线程的同时重写了run方法，会导致线程与线程任务绑定在了一起，不利于线程的重用。

方式二:实现Runnable接口单独定义线程任务

package thread;

/**
 * 第二种创建线程的方式
 * 实现Runnable接口单独定义线程任务
 */
public class ThreadDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //实例化任务
        Runnable r1 = new MyRunnable1();
        Runnable r2 = new MyRunnable2();
        //创建线程并指派任务
        Thread t1 = new Thread(r1);
        Thread t2 = new Thread(r2);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}
class MyRunnable1 implements Runnable{
    public void run() {
        for (int i=0;i<1000;i++){
            System.out.println("你是谁啊?");
        }
    }
}
class MyRunnable2 implements Runnable{
    public void run() {
        for (int i=0;i<1000;i++){
            System.out.println("开门!查水表的!");
        }
    }
}

匿名内部类形式的线程创建

package thread;

/**
 * 使用匿名内部类完成线程的两种创建
 */
public class ThreadDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(){
            public void run(){
                for(int i=0;i<1000;i++){
                    System.out.println("你是谁啊?");
                }
            }
        };
//        Runnable r2 = new Runnable() {
//            public void run() {
//                for(int i=0;i<1000;i++){
//                    System.out.println("我是查水表的!");
//                }
//            }
//        };
        //Runnable可以使用lambda表达式创建
        Runnable r2 = ()->{
                for(int i=0;i<1000;i++){
                    System.out.println("我是查水表的!");
                }
        };


        Thread t2 = new Thread(r2);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

java中的代码都是靠线程运行的，执行main方法的线程称为”主线程”。

线程提供了一个方法:

  • static Thread currentThread()

    该方法可以获取运行这个方法的线程

package thread;

/**
 * java中所有的代码都是靠线程执行的，main方法也不例外。JVM启动后会创建一条线程来执行main
 * 方法，该线程的名字叫做"main",所以通常称它为"主线程"。
 * 我们自己定义的线程在不指定名字的情况下系统会分配一个名字，格式为"thread-x"(x是一个数)。
 *
 * Thread提供了一个静态方法:
 * static Thread currentThread()
 * 获取执行该方法的线程。
 *
 */
public class CurrentThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /*
            后期会学习到一个很重要的API:ThreadLocal,它可以使得我们在一个线程上跨越多个
            方法时共享数据使用，其内部要用到currentThread方法来辨别线程。
            如spring的事物控制就是靠ThreadLocal实现的。
         */
        Thread main = Thread.currentThread();//获取执行main方法的线程(主线程)
        System.out.println("线程:"+main);

        dosome();//主线程执行dosome方法
    }
    public static void dosome(){
        Thread t = Thread.currentThread();//获取执行dosome方法的线程
        System.out.println("执行dosome方法的线程是:"+t);
    }
}

使用多线程实现多客户端连接服务端

流程图

image-20210430152730779

原创文章，作者：wure，如若转载，请注明出处：https://blog.ytso.com/274648.html

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