Java学习笔记（二十五）——通信（cs架构）

想要设计实现通信功能。需要掌握以下知识：

网络通信（计网），多线程。

需要实现以下功能：

1. 将传输的数据（文字，数字，声音，图片，视频……）编码，转换成可以通信传输的数据。
2. 实现A和B（至少是双方）的通信。

<AB实质是两个进程，可以是通过公网ip相互访问连接的两个机器运行的两个进程；可以是同一局域网下的两台机器运行的两个进程；可以是一台机器跑在本机和虚拟机的两个进程；可以是同一个机器运行的两个进程>

通信模式（功能2）

CS结构（目前只学习这一个结构，后面再补充同级的结构）

我认为这是一种有关通信的模式结构，但是查资料讲是一种软件系统的体系结构。先不管外部逻辑，先关注本身细节。

1. 定义：cs代表的是client-server，客户端一般认为是发出请求的一端，而server服务器端是满足客户端请求的一端，二者可以互相通信，互发数据。
2. 目前使用cs结构的典型场景：网站（浏览器），游戏，数据库，qq微信等通讯工具。
3. 实现cs结构：

认识一个结构：

套接字（socket）

1.将通信双方连接在一起的一个结构，存在方式为一对儿。

2.一对包含：

ServerSocket：适用于服务器端的socket 。该结构对象创建的时候只需指明端口号，ip为运行代码的机器的ip。（ip和端口常常是固定不变的方便多个客户端进行访问）

Socket：适用于客户端的socket。该结构创建对象时候需要指明其申请访问的服务器的ip和端口，运行这个程序的进程的端口是机器自行分配的。

代码实现：

需要分别为客户端和服务器端分别写一个类，然后实现对应功能，当两个机器分别跑这个两个程序的时候就实现了进程之间通信。

• 服务器端（server）：

1. 创建服务器端的socket对象：serverSocket。
2. 实现其连接客户端的方法：

• 为刚刚创建的对象申请空间。调用构造函数需要传递服务器的端口号。（服务器端的端口是自己决定的）
• 通过serverSocket的accept()方法，连接到申请访问该服务器的客户端。并且创建一个客户端socket并返回。
• 利用这个返回的客户端socket获取输入输出io，实现服务器端向客户端发送或者接收数据。

读写数据：

首先拿到读写io流 ，服务器端通过监听返回的客户端socket的getInputStream或者getOutputStream方法来获取。

客户端通过   获取。

InputStream：输入流，对应读方法，对应接收数据。

is.read()返回读出的数据，每次读取一个字节，读完之后的内容就没有了紧接着读取下一个字节。当彻底读完之后返回-1。

因为每次只能读出一部分，所以要循环读取，然后判断是否读空，再结束。

OutputStream：输出流，对应写方法，对应发送数据。

os.write(写入缓冲区的数据，byte类型，一次写入一个字节)。

ps：整个写入读出的过程遵循队列特点先进先出。

• 客户端（client）：

1. 创建客户端的socket对象。
2. 实现其访问服务器端的方法：

• 为客户端socket开辟空间，用构造函数需要传入要申请访问的服务器的ip和端口port。
• 发送或接收数据。

代码：见末尾工程链接。

代码遇到的问题：

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可以尝试实现一个客户端，一个服务器端交流；多个客户端，一个服务器端。交流分为单次交流或者可以持续不断的交流。

• 当在实现多个客户端对一个服务器端，只发生一次交流的时候会出现一个特殊的问题：

现在指定客户端读取数据，服务器端写数据。

server：

服务器端先与多个客户端进行连接，然后向多个客户端发送数据。

client：

每个客户端与服务器端建立连接，然后接收服务器端发送的数据。（并向其回信。）在客户端的执行main函数中循环创建多个客户端，每一个执行上面的方法。

下面让server先执行，然后其执行到accept，因为没有client请求访问，因此其检测不到进入休眠，下面开始运行client进程，请求访问，因为要读取server发送的数据，但是server还没有发送，因此进入休眠；于是server进程又开始执行，这次检测到了第一个client的访问，然后想要检测第二个client的访问，检测不到就休眠；第一个client一直在等server给他发消息，但是因为server在等下一个client的连接，没有发送数据，于是他也等着，堵着一直轮不到第二个client执行，于是双方僵持。

解决办法：将建立连接和发送数据写到一个循环内，只要建立了连接就发送数据。让第一个client执行完。然后顺利执行第二个client。

改完之后可以发现client可以读到消息了，但是第二个client并没有按照预期建立。

因为server发送完数据之后没有关闭数据流，client读取的时候就无法检测到读取完不会检测到返回-1，一直陷入while循环中，因此第一个client的方法永远无法执行完。

这时就会造成只能创建一个client的情况。但是当有多个server进程执行的时候可以做到分别接收一个client然后向其分别发送信息，client接收信息。

于是在写操作的执行完毕之后加上io流的刷新和关闭。就可以成功实现一个server，多个client交流一次。

• 紧接着我还尝试了多个client收到消息后向server回复消息的情况：

发现因为之前server写完之后关闭了io流，client想要再次向server发送数据的时候，server那边就会报Socket is closed。

应该需要多线程解决。待解决。

• 当只有一个server，一个client的时候就可以实现进行多次交流。

传输数据包装

传输的时候以字节为单位，每次传输1个字节。当想要传输int，string，图片，直线，视频……等等特殊大小的结构时，需要自行单独设计传输类来实现不同特殊数据类型的读写。

无论哪一种结构，基本思路都是：先将写入的数据转换成字节数组写进去，读出的时候，将字节数组读出转换成需要的数据类型。

需要注意的是注意读写顺序以及每个数据类型与byte转换大小关系。（等下填写具体实现方法）

• int（4byte）

send：

将要发送的数据拆成4个byte发送。从高到低依次发送，分别右移24，16，8，0位，然后&0xff，就取到了4个字节。分别os.write(int x0)。因为只想单纯的取到这8位的数字，不考虑正负等，即没有符号位，所以用int类型保存取出的一个字节，相当于只用int的低8位。

receive：

连续取出4个字节，先取出的是高位，取出后分别左移24,16,8位，然后加起来就是之前要传输的int。

• str（每个字符2个byte）

send：

约定第一个字节发送str的长度。后面是string转换成对应的byte数组。先发长度，再发byte数组。

receive：

先读出长度，根据长度建立一个对应大小的byte数组。然后直接用is.read（byte[]）方法，将数据一次性读到byte数组里。

• Line

send：

设计Line类，包含4个整数，x1,y1,x2,y2。然后分别用传入的Line对象的get方法得到4个坐标，分别调用int的读写方法，发送信息。

receive：

用int的收信息方法收四次之后，利用构造方法创建Line对象，返回。

• Color

send：

传入Color对象，获取其rgb值，然后调用int方法传输rgb的数字。

receive：

用int的的读数据方法，读出rgb，然后根据读出的数字构造颜色对象并返回。

• Picture（还没尝试过，待测试）

send：

传入picture对象，通过imagebuffer将其转换成二维数组，每个像素点是一个color对象。调用传输color方法依次传输。

receive：

用color的的读数据方法，读出二维矩阵，然后根据构造方法将其转化为imagebuffer对象。

代码

GitHub - Biangbangbing/VMeeting