Java TCP 通信：实现简单的 Echo 服务器与客户端

鸿即为江边鸟2025-03-06 18:34

TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的传输层协议。与 UDP 不同，TCP 保证了数据的顺序、可靠性和完整性，适用于需要可靠传输的应用场景，如文件传输、网页浏览等。本文将基于 Java 实现一个简单的 TCP Echo 服务器和客户端，并通过代码总结相关的知识点。

1. TCP Echo 服务器

1.1 服务器代码结构

java 复制代码 
import java.io.*;
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;

    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        while (true) {
            // 通过 accept 方法，把内核中已经建立好的连接拿到应用程序中
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            // 使用线程池处理客户端连接
            executorService.submit(() -> {
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }

    // 通过这个方法，来处理连接
    public void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        // 打印客户端上线日志
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            // 使用 Scanner 读取客户端请求
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            while (true) {
                if (!scanner.hasNext()) {
                    // 连接断开
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                // 1. 读取请求并解析
                String request = scanner.next();
                // 2. 根据请求计算响应
                String response = process(request);
                // 3. 把响应写回到客户端
                PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(response);
                printWriter.flush();
                // 4. 打印请求交互的内容
                System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(),
                        request, response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            clientSocket.close();
        }
    }

    public String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}
1.2 服务器代码解析
ServerSocket：ServerSocket 是 Java 中用于监听客户端连接的类。服务器通过 ServerSocket 绑定到指定端口，等待客户端连接。

Socket：Socket 是 Java 中用于表示客户端连接的类。服务器通过 serverSocket.accept() 方法获取客户端的连接，并返回一个 Socket 对象。

线程池：为了支持多客户端并发连接，服务器使用 ExecutorService 线程池来处理每个客户端的请求。Executors.newCachedThreadPool() 创建了一个可缓存的线程池，根据需要创建新线程。

processConnection()：该方法用于处理客户端连接。它通过 InputStream 和 OutputStream 与客户端进行数据交互。

Scanner：Scanner 用于从 InputStream 中读取客户端发送的请求数据。

PrintWriter：PrintWriter 用于将响应数据写入 OutputStream，并发送给客户端。

日志打印：服务器在处理每个请求后，会打印客户端的地址、端口、请求内容和响应内容，方便调试和监控。

2. TCP Echo 客户端
2.1 客户端代码结构
java

复制

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

public class TcpEchoClient {
    private Socket socket = null;

    public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException {
        socket = new Socket(serverIP, serverPort);
    }

    public void start() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
            Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);
            while (true) {
                // 从控制台读取用户输入
                System.out.print("-> ");
                String request = scanner.next();
                // 发送请求到服务器
                writer.println(request);
                writer.flush();
                // 读取服务器响应
                String response = scannerNetwork.next();
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }
}

2. TCP Echo 客户端

2.1 客户端代码结构

java 复制代码 
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoClient {
    private Socket socket = null;

    public TcpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws IOException {
        socket = new Socket(serverIP, serverPort);
    }

    public void start() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
            Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);
            while (true) {
                // 从控制台读取用户输入
                System.out.print("-> ");
                String request = scanner.next();
                // 发送请求到服务器
                writer.println(request);
                writer.flush();
                // 读取服务器响应
                String response = scannerNetwork.next();
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }
}

2.2 客户端代码解析

  1. Socket ：客户端通过 Socket 连接到服务器。Socket 的构造函数需要指定服务器的 IP 地址和端口号。

  2. InputStream 和 OutputStream ：客户端通过 InputStream 读取服务器返回的响应数据，通过 OutputStream 发送请求数据。

  3. PrintWriter ：PrintWriter 用于将请求数据写入 OutputStream，并发送给服务器。

  4. Scanner ：Scanner 用于从控制台读取用户输入，并从 InputStream 中读取服务器返回的响应数据。

  5. 循环交互：客户端通过一个无限循环，不断从控制台读取用户输入，发送请求并接收响应。

3. 总结

通过实现这个简单的 TCP Echo 服务器和客户端，我们可以总结出以下知识点：

  1. TCP 协议的特点：TCP 是一种面向连接的协议，保证了数据的顺序、可靠性和完整性，适用于需要可靠传输的应用场景。

  2. ServerSocket 和 Socket ：这两个类是 Java 中实现 TCP 通信的核心类。ServerSocket 用于监听客户端连接，Socket 用于表示客户端连接。

  3. 多线程处理：为了支持多客户端并发连接，服务器使用线程池来处理每个客户端的请求。

  4. 流操作 ：InputStream 和 OutputStream 是 Java 中用于读写数据的核心类。通过 Scanner 和 PrintWriter，可以方便地进行文本数据的读写。

  5. 日志与调试：在实际开发中，打印日志是非常重要的，它可以帮助我们监控程序的运行状态，排查问题。

  6. Echo 服务器的应用：Echo 服务器是一种简单的网络服务，它将客户端发送的数据原样返回。虽然简单，但它可以帮助我们理解网络通信的基本原理。

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