Java4Android之socket網路通訊基礎

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本節主要介紹Socket編程，發現Java裡面的socket編程和C語言的還是有一些不一樣，比如TCP socket ，在Java中區分了serverSocket。不過原理都一樣，在流程處理上也非常相似，所以，理解起來並不難。我們會先從基礎說起，從如何建立socket串連，到如何?一個合理的設計例如在android中，我們發送一條訊息，然後監聽一個回複，如何做到不卡死UI,本文將會由淺入深的為大家呈現一個相對完整的android socket編程。

在進入Java 的socket編程之前，我們從原理上切入，然後提及相應的代碼說明。

Socket可以說是一種針對網路的抽象，應用通過它可以來針對網路讀寫資料。就像通過一個檔案的file handler就可以都寫資料到存放裝置上一樣。根據TCP協議和UDP協議的不同，在網路編程方面就有面向兩個協議的不同socket，一個是面向位元組流的一個是面向報文的。

TCP

  TCP主要是連線導向的協議，它包含有建立和拆除串連，保證資料流的順序和正確性等功能。每次對TCP中間的資料操作相當於對一個資料流進行訪問。它最典型的特徵就是那三向交握的建立串連過程。TCP的串連建立和撤銷過程如：

Server端Server端所要做的事情主要是建立一個通訊的端點，然後等待用戶端發送的請求。典型的處理步驟如下：
1. 構建一個ServerSocket執行個體，指定本地的連接埠。這個socket就是用來監聽指定連接埠的串連請求的。
2.重複如下幾個步驟：
a. 調用socket的accept()方法來獲得下面用戶端的串連請求。通過accept()方法返回的socket執行個體，建立了一個和用戶端的新串連。
b.通過這個返回的socket執行個體擷取InputStream和OutputStream,可以通過這兩個stream來分別讀和寫資料。
c.結束的時候調用socket執行個體的close()方法關閉socket串連。
 

單線程版本

這個流程的典型範例程式碼如下：

//1. 構造ServerSocket執行個體，指定服務連接埠。ServerSocket servSock = new ServerSocket(servPort);while(true){   // 2.調用accept方法，建立和用戶端的串連           Socket clntSock = servSock.accept();           SocketAddress clientAddress =                    clntSock.getRemoteSocketAddress();           System.out.println("Handling client at " + clientAddress);    // 3. 擷取串連的InputStream,OutputStream來進行資料讀寫            InputStream in = clntSock.getInputStream();            OutputStream out = clntSock.getOutputStream();            while((recvMsgSize = in.read(receiveBuf)) != -1)            {                out.write(receiveBuf, 0, recvMsgSize);            }       // 4.操作結束，關閉socket.            clntSock.close();}  

多線程版本上述是單線程版本的伺服器流程，也可是是多線程的。大體代碼如下：

try   { file://建立伺服器    　ServerSocket server = new ServerSocket(9998);    　int i=1;    　for(;;)    　{    <span style="white-space:pre"></span>Socket incoming = server.accept();    <span style="white-space:pre"></span>new ServerThread(incoming,i).start();    //開啟線程來處理用戶端的請求<span style="white-space:pre"></span>i++;    　}    }catch (IOException ex){ ex.printStackTrace(); }   

Client端用戶端的請求過程稍微有點不一樣：
1.構建Socket執行個體，通過指定的遠程伺服器位址和連接埠來建立串連。
2.通過Socket執行個體包含的InputStream和OutputStream來進行資料的讀寫。
3.操作結束後調用socket執行個體的close方法，關閉。
範例程式碼如下；

// 1.根據指定的server地址和連接埠，建立socket串連。Socket socket = new Socket(server, servPort);// 2. 根據socket執行個體擷取InputStream, OutputStream進行資料讀寫。InputStream in = socket.getInputStream();OutputStream out = socket.getOutputStream();out.write(data);//3.操作結束，關閉socket.socket.close();

上述代碼就是一個完整的用戶端/伺服器結構的socket通訊代碼。

不卡死UI的socket設計但是，在android中的socket通訊中，我們可以想象一下這樣的情境。我在EditText裡面輸入了一句“你好”，然後我按發送Button按鈕，就把訊息發送給了遠端的伺服器，然後伺服器給我回了一個“你好，歡迎您！”。我們發送完第一條資訊的時候，我們要阻塞在那裡等伺服器的話，會發生什嗎？我們 UI是不是會卡死？所以，很明顯，這樣的設計是不合理的。
用戶端
MyClientActivity.java檔案，主要是定義了一個繼承自Thread類的用於接收資料的類，覆寫了其中的run（）方法，在這個函數裡面接收資料，接收到資料後就通過Handler發送訊息，收到訊息後在UI線程裡更新接收到的資料。完整的內容如下：

package com.nan.client;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.net.Socket;import java.net.UnknownHostException;import android.app.Activity;import android.os.Bundle;import android.os.Handler;import android.os.Message;import android.view.View;import android.widget.Button;import android.widget.EditText;import android.widget.TextView;import android.widget.Toast;public class MyClientActivity extends Activity {    private EditText mEditText = null;    private Button connectButton = null;    private Button sendButton = null;    private TextView mTextView = null;        private Socket clientSocket = null;    private OutputStream outStream = null;        private Handler mHandler = null;        private ReceiveThread mReceiveThread = null;    private boolean stop = true;        /** Called when the activity is first created. */    @Override    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)     {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.main);                mEditText = (EditText)this.findViewById(R.id.edittext);        mTextView = (TextView)this.findViewById(R.id.retextview);        connectButton = (Button)this.findViewById(R.id.connectbutton);        sendButton = (Button)this.findViewById(R.id.sendbutton);        sendButton.setEnabled(false);                      //連線按鍵監聽        connectButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener()         {                        @Override            public void onClick(View v)             {                // TODO Auto-generated method stub                try                 {                    //執行個體化對象並串連到伺服器                    clientSocket = new Socket("113.114.170.246",8888);                }                 catch (UnknownHostException e)                 {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                 catch (IOException e)                 {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                                displayToast("串連成功！");                                        //連線按鍵使能                connectButton.setEnabled(false);                //發送按鈕使能                sendButton.setEnabled(true);                                mReceiveThread = new ReceiveThread(clientSocket);                stop = false;                //開啟線程                mReceiveThread.start();            }        });                //發送資料按鈕監聽        sendButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener()         {                        @Override            public void onClick(View v)             {                // TODO Auto-generated method stub                byte[] msgBuffer = null;                //獲得EditTex的內容                String text = mEditText.getText().toString();                try {                    //字元編碼轉換                    msgBuffer = text.getBytes("GB2312");                } catch (UnsupportedEncodingException e1) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e1.printStackTrace();                }                                                            try {                    //獲得Socket的輸出資料流                    outStream = clientSocket.getOutputStream();                } catch (IOException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                                                                                                    try {                    //發送資料                    outStream.write(msgBuffer);                } catch (IOException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                //清空內容                mEditText.setText("");                displayToast("發送成功！");            }        });                      //訊息處理        mHandler = new Handler()        {            @Override            public void handleMessage(Message msg)            {                //顯示接收到的內容                mTextView.setText((msg.obj).toString());            }        };            }        //顯示Toast函數    private void displayToast(String s)    {        Toast.makeText(this, s, Toast.LENGTH_SHORT).show();    }            private class ReceiveThread extends Thread    {        private InputStream inStream = null;                private byte[] buf;          private String str = null;                ReceiveThread(Socket s)        {            try {                //獲得輸入資料流                this.inStream = s.getInputStream();            } catch (IOException e) {                // TODO Auto-generated catch block                e.printStackTrace();            }        }                      @Override        public void run()        {            while(!stop)            {                this.buf = new byte[512];                                try {                    //讀取輸入資料（阻塞）                    this.inStream.read(this.buf);                } catch (IOException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                                 //字元編碼轉換                try {                    this.str = new String(this.buf, "GB2312").trim();                } catch (UnsupportedEncodingException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                                Message msg = new Message();                msg.obj = this.str;                //發送訊息                mHandler.sendMessage(msg);                            }        }                    }        @Override    public void onDestroy()    {        super.onDestroy();                if(mReceiveThread != null)        {            stop = true;            mReceiveThread.interrupt();        }    }     }

服務端MyServerActivity.java檔案，定義了兩個Thread子類，一個用於監聽用戶端的串連，一個用於接收資料，其他地方與MyClientActivity.java差不多。完整的內容如下：

package com.nan.server;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import android.app.Activity;import android.os.Bundle;import android.os.Handler;import android.os.Message;import android.view.View;import android.widget.Button;import android.widget.EditText;import android.widget.TextView;import android.widget.Toast;public class MyServerActivity extends Activity {    private TextView ipTextView = null;    private EditText mEditText = null;    private Button sendButton = null;    private TextView mTextView = null;        private OutputStream outStream = null;    private Socket clientSocket = null;    private ServerSocket mServerSocket = null;        private Handler mHandler = null;        private AcceptThread mAcceptThread = null;    private ReceiveThread mReceiveThread = null;    private boolean stop = true;        /** Called when the activity is first created. */    @Override    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)     {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.main);                ipTextView = (TextView)this.findViewById(R.id.iptextview);        mEditText = (EditText)this.findViewById(R.id.sedittext);        sendButton = (Button)this.findViewById(R.id.sendbutton);        sendButton.setEnabled(false);        mTextView = (TextView)this.findViewById(R.id.textview);                //發送資料按鈕監聽        sendButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener()         {                        @Override            public void onClick(View v)             {                // TODO Auto-generated method stub                byte[] msgBuffer = null;                //獲得EditTex的內容                String text = mEditText.getText().toString();                try {                    //字元編碼轉換                    msgBuffer = text.getBytes("GB2312");                } catch (UnsupportedEncodingException e1) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e1.printStackTrace();                }                                                            try {                    //獲得Socket的輸出資料流                    outStream = clientSocket.getOutputStream();                } catch (IOException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                                                                                                    try {                    //發送資料                    outStream.write(msgBuffer);                } catch (IOException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                //清空內容                mEditText.setText("");                displayToast("發送成功！");                            }        });        //訊息處理        mHandler = new Handler()        {            @Override            public void handleMessage(Message msg)            {                switch(msg.what)                {                    case 0:                    {                        //顯示用戶端IP                        ipTextView.setText((msg.obj).toString());                        //使能發送按鈕                        sendButton.setEnabled(true);                        break;                    }                    case 1:                    {                        //顯示接收到的資料                        mTextView.setText((msg.obj).toString());                        break;                    }                                 }                                                                       }        };                        mAcceptThread = new AcceptThread();        //開啟監聽線程        mAcceptThread.start();                  }        //顯示Toast函數    private void displayToast(String s)    {        Toast.makeText(this, s, Toast.LENGTH_SHORT).show();    }            private class AcceptThread extends Thread    {        @Override        public void run()        {            try {                //執行個體化ServerSocket對象並設定連接埠號碼為8888                mServerSocket = new ServerSocket(8888);            } catch (IOException e) {                // TODO Auto-generated catch block                e.printStackTrace();            }

            while(1)

{

            try {                //等待用戶端的串連（阻塞）                clientSocket = mServerSocket.accept();            } catch (IOException e) {                // TODO Auto-generated catch block                e.printStackTrace();            }                        mReceiveThread = new ReceiveThread(clientSocket);            stop = false;            //開啟接收線程            mReceiveThread.start();                        Message msg = new Message();            msg.what = 0;            //擷取用戶端IP            msg.obj = clientSocket.getInetAddress().getHostAddress();            //發送訊息            mHandler.sendMessage(msg);  }        }            }            private class ReceiveThread extends Thread    {        private InputStream mInputStream = null;        private byte[] buf ;          private String str = null;                ReceiveThread(Socket s)        {            try {                //獲得輸入資料流                this.mInputStream = s.getInputStream();            } catch (IOException e) {                // TODO Auto-generated catch block                e.printStackTrace();            }        }                @Override        public void run()        {            while(!stop)            {                this.buf = new byte[512];                                //讀取輸入的資料(阻塞讀)                try {                    this.mInputStream.read(buf);                } catch (IOException e1) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e1.printStackTrace();                }                                //字元編碼轉換                try {                    this.str = new String(this.buf, "GB2312").trim();                } catch (UnsupportedEncodingException e) {                    // TODO Auto-generated catch block                    e.printStackTrace();                }                                Message msg = new Message();                msg.what = 1;                        msg.obj = this.str;                //發送訊息                mHandler.sendMessage(msg);                            }        }    }              @Override    public void onDestroy()    {        super.onDestroy();                if(mReceiveThread != null)        {            stop = true;            mReceiveThread.interrupt();        }    }        }

上述代碼就是實現了真實環境下android的socket通訊。
UDP

UDP和TCP有兩個典型的區別，一個就是它不需要建立串連，另外就是它在每次收發的報文都保留了訊息的邊界。

server端因為UDP協議不需要建立串連，它的過程如下：
1. 構造DatagramSocket執行個體，指定本地連接埠。
2. 通過DatagramSocket執行個體的receive方法接收DatagramPacket.DatagramPacket中間就包含了通訊的內容。
3. 通過DatagramSocket的send和receive方法來收和發DatagramPacket.
典型的互動流程代碼如下：

// 1. 構建DatagramSocket執行個體，指定本地連接埠。DatagramSocket socket = new DatagramSocket(servPort);// 2. 構建需要收發的DatagramPacket報文DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[ECHOMAX], ECHOMAX);while(true){// 3. 收報文socket.receive(packet);System.out.println("Handling client at " + packet.getAddress().getHostAddress()    + " on port " + packet.getPort());// 4. 發報文socket.send(packet);packet.setLength(ECHOMAX);}

client端UDP用戶端的步驟也比較簡單，主要包括下面3步：
1. 構造DatagramSocket執行個體。
2.通過DatagramSocket執行個體的send和receive方法發送DatagramPacket報文。
3.結束後，調用DatagramSocket的close方法關閉。
因為和TCP不同，UDP發送報文的時候可以在同一個本地連接埠隨意發送給不同的伺服器，一般不需要在UDP的DatagramSocket的建構函式中指定目的伺服器的地址。
另外，UDP用戶端還有一個重要的不同就是，TCP用戶端發送echo串連訊息之後會在調用read方法的時候進入阻塞狀態，而UDP這樣卻不行。因為UDP中間是可以允許報文丟失的。如果報文丟失了，進程一直在阻塞或者掛起的狀態，則進程會永遠沒法往下走了。所以會一般設定一個setSoTimeout方法，指定在多久的時間內沒有收到報文就放棄。也可以通過指定一個數字，迴圈指定的次數來讀取報文，讀到就返回，否則就放棄。
 
一個典型的UDP Client程式碼範例如下：

// 1. 構造UDP DatagramSocket對象DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2。指定timeout時間，防止進入無限等待狀態socket.setSoTimeout(TIMEOUT);// 3. 構造收發的報文對象DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(bytesToSend,    bytesToSend.length, serverAddress, servPort);DatagramPacket receivePacket =    new DatagramPacket(new byte[bytesToSend.length], bytesToSend.length);// 4.指定嘗試的次數int tries = 0;boolean receivedResponse = false; do{socket.send(sendPacket);try{socket.receive(receivePacket); if(!receivePacket.getAddress().equals(serverAddress)){throw new IOException("Received packet from an unknown source");}receivedResponse = true;}catch(InterruptedIOException e){tries += 1;System.out.println("Timed out, " + (MAXTRIES - tries) + "");}}while((!receivedResponse) && (tries < MAXTRIES));// 根據是否接收到報文進行反饋if(receivedResponse){System.out.println("Received: " + new String(receivePacket.getData()));}else{System.out.println("No response -- giving up.");}// 5. 關閉socketsocket.close();

這次的socket編程就說道這裡，裡面參考和引用轉載了不少別人的東西，mark一下。

Reference：

http://shmilyaw-hotmail-com.iteye.com/blog/1556187

http://www.cnblogs.com/lknlfy/archive/2012/03/04/2379628.html

Java4Android之socket網路通訊基礎