一、基礎(chǔ)知識準備

在正式給大家介紹自定義協(xié)議之前，我們先對網(wǎng)絡(luò)傳輸和協(xié)議解析的相關(guān)知識點做一個基本的介紹，盡管這些知識點我們在學(xué)校里學(xué)過，但難免會有所遺忘，這里先做一個簡單的介紹，以便對后文的內(nèi)容理解更加順暢。

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1. 網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議

OSI的7層從上到下分別是：7 應(yīng)用層、 6 表示層、 5 會話層、 4 傳輸層、 3 網(wǎng)絡(luò)層、 2 數(shù)據(jù)鏈路層、 1 物理層;其中高層(即7、6、5、4層)定義了應(yīng)用程序的功能，下面3層(即3、2、1層)主要面向通過網(wǎng)絡(luò)的端到端的數(shù)據(jù)流。應(yīng)用層常見的協(xié)議有：HTTP、FTP、SMTP等;常見的傳輸層有：TCP、UDP。本文主要是基于TCP自定義協(xié)議實現(xiàn)客戶端與服務(wù)端的長連接。

2. Socket

Socket本質(zhì)是編程接口(API)，對TCP/IP的封裝，TCP/IP也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)所用的接口，這就是Socket編程接口，通常也稱作"套接字"。套接字之間的連接過程可以分為三個步驟：客戶端請求，服務(wù)端回復(fù)收到，客戶端收到服務(wù)端的回復(fù)，即三次握手。連接成功時，應(yīng)用程序兩端都會產(chǎn)生一個Socket實例，操作這個實例完成所需的會話。對于一個網(wǎng)絡(luò)連接來說，套接字是平等的，并沒有差別，不因為在服務(wù)器端或在客戶端而產(chǎn)生不同級別。

3. 位(bit)、字節(jié)(byte)

“位(bit)”是電子計算機中最小的數(shù)據(jù)單位。每一位的狀態(tài)只能是0或1;“字節(jié)(Byte)”由8個二進制位構(gòu)成(即1byte=8bit)，它是存儲空間的基本計量單位，它能表示到數(shù)值范圍為0到255(即2的8次方減1);

4. 算術(shù)移位運算(符號位不變，低位補0)

• 左移運算：1<<2，1的二進制位是1，向左移兩位是100，轉(zhuǎn)為十進制數(shù)即為4，所以1<<2的運算結(jié)果是4;
• 右移運算：7>>2，7的二進制位是111，向右移兩位是1，所以7>>2的運算結(jié)果是1 。

5. Java中各類型占字節(jié)數(shù)

byte      8位，1個字節(jié) 
boolean   8位，1個字節(jié) 
char      16位，2個字節(jié) 
short     16位，2個字節(jié) 
int       32位，4個字節(jié) 
float     32位，4個字節(jié) 
double    64位，8個字節(jié) 
long      64位，8個字節(jié)  

6. Java中socket相關(guān)函數(shù)

• Socket構(gòu)造函數(shù)
  • Socket(InetAddress address, int port)throws UnknownHostException, IOException
  • Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddress, int localPort)throws IOException
  • Socket(String host, int port)throws UnknownHostException, IOException
  • Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort)throws IOException
  • 還可以通過以下方式生成socket：

SocketFactory.getDefault().createSocket(String address, String port) throws ConnectException

• Socket方法
  • getInetAddress(); // 遠程服務(wù)端的IP地址
  • getPort(); // 遠程服務(wù)端的端口
  • getLocalAddress(); // 本地客戶端的IP地址
  • getLocalPort(); // 本地客戶端的端口
  • getInputStream(); // 獲得輸入流
  • getOutStream(); // 獲得輸出流
• Socket狀態(tài)
  • isClosed(); // 連接是否已關(guān)閉，若關(guān)閉，返回true;否則返回false
  • isConnect(); // 如果曾經(jīng)連接過，返回true;否則返回false
  • isBound(); // 如果Socket已經(jīng)與本地一個端口綁定，返回true;否則返回false
  • 判斷Socket的狀態(tài)是否處于連接中 

boolean isConnected = socket.isConnected() && !socket.isClosed(); // 判斷當前是否處于連接 

• ServerSocket構(gòu)造函數(shù)
  • ServerSocket()throws IOException
  • ServerSocket(int port)throws IOException
  • ServerSocket(int port, int backlog)throws IOException
  • ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)throws IOException
• 服務(wù)端接收客戶端的連接請求：
  • Socket socket = serverSocket.accept();

7. Java中常見流操作類

• 輸入流
  • InputStream
    • 抽象類，描述流的輸入
  • ByteArrayInputStream
    • 從字節(jié)數(shù)組讀取的輸入流
  • BufferedInputStream
    • 緩沖輸入流
  • FileInputStream
    • 從文件讀入的輸入流
  • ObjectInputStream
    • 對象輸入流(所讀寫的對象必須實現(xiàn)Serializable接口)
  • DataInputStream
    • 包含了讀取Java標準數(shù)據(jù)類型的輸入流
• 輸出流
  • OutputStream
    • 抽象類，描述流的輸入
  • ByteArrayOutputStream
    • 寫入字節(jié)數(shù)組的輸出流
  • BufferedOutputStream
    • 緩沖輸出流
  • FileOutputStream
    • 寫入文件的輸出流
  • ObjectOutputStream
    • 對象輸出流(所讀寫的對象必須實現(xiàn)Serializable接口)
  • DataOutputStream
    • 包含了寫Java標準數(shù)據(jù)類型的輸出流

二、一個簡單的socket連接例子

注：先運行服務(wù)端代碼的main函數(shù)，再運行客戶端代碼的main函數(shù)，即可看到打印連接成功

1. 客戶端

import java.net.Socket; 
 
/** 
 * Created by meishan on 16/12/1. 
 */ 
public class Client { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        boolean isConnected; 
        String host = "127.0.0.1"; 
        int port = 1122; 
        Socket socket = null; 
        try { 
            socket = SocketFactory.getDefault().createSocket(host, port); 
            isConnected = true; 
            System.out.println("連接成功！"); 
        } catch (ConnectException e) { 
            isConnected = false; 
            e.printStackTrace(); 
            System.out.println("連接失??！"); 
        } 
 
        if (!isConnected) { 
            return; 
        } 
 
        Thread.sleep(5000); 
 
        socket.close(); 
        System.out.println("斷開連接！"); 
    } 
}  

2. 服務(wù)端

import java.io.IOException; 
import java.net.ServerSocket; 
import java.net.Socket; 
 
/** 
 * Created by meishan on 16/12/1. 
 */ 
public class Server { 
 
    private int port = 1122; 
    private ServerSocket serverSocket; 
 
    public Server() throws Exception { 
        serverSocket = new ServerSocket(port, 3);//顯式設(shè)置連接請求隊列的長度為3 
        System.out.println("服務(wù)器啟動!"); 
    } 
 
    public void service() { 
        while (true) { 
            Socket socket = null; 
            try { 
                socket = serverSocket.accept(); 
                System.out.println("New connection accepted " + socket.getInetAddress() + ":" + socket.getPort()); 
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } finally { 
                if (socket != null) { 
                    try { 
                        socket.close(); 
                    } catch (IOException e) { 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                } 
            } 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        Server server = new Server(); 
        Thread.sleep(3000); 
        server.service(); 
    } 
}  

三、一個簡單的自定義協(xié)議例子

例子中，數(shù)據(jù)包的定義：消息對象=包類型+包長度+消息內(nèi)容

• 包類型 byte 型
• 包長度 int 型
• 消息內(nèi)容 byte[] 型

1. 客戶端

import java.io.DataOutputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.io.OutputStream; 
import java.net.Socket; 
import java.net.UnknownHostException; 
import java.util.Scanner; 
 
/** 
 * Created by meishan on 16/12/1. 
 */ 
public class Client { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        try { 
            Socket client = new Socket("127.0.0.1", 9091); 
            OutputStream out = client.getOutputStream(); 
            DataOutputStream outs = new DataOutputStream(out); 
            while (true) { 
                Scanner scaner = new Scanner(System.in); 
                genProtocol(outs, scaner.next()); 
            } 
        } catch (UnknownHostException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
 
    /** 
     * 構(gòu)造協(xié)議 
     * 
     * @param out 
     * @param msg 
     * @throws IOException 
     */ 
    private static void genProtocol(DataOutputStream out, String msg) throws IOException { 
        int type = 1;                          //消息類型 
        byte[] bytes = msg.getBytes();         //消息內(nèi)容 
        int totalLen = 1 + 4 + bytes.length;   //消息長度 
 
        out.writeByte(type);                   //寫入消息類型 
        out.writeInt(totalLen);                //寫入消息長度 
        out.write(bytes);                      //寫入消息內(nèi)容 
 
        out.flush(); 
    } 
}  

2. 服務(wù)端

import java.io.DataInputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.io.InputStream; 
import java.net.ServerSocket; 
import java.net.Socket; 
 
/** 
 * Created by meishan on 16/12/1. 
 */ 
public class Server { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        try { 
            ServerSocket server = new ServerSocket(9091); 
            while (true) { 
                Socket client = server.accept(); 
                System.out.println("客戶端" + client.getRemoteSocketAddress() + "連接成功"); 
                parseProtocol(client); 
            } 
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
 
    /** 
     * 消息解析 
     * 
     * @param client 
     * @throws IOException 
     */ 
    private static void parseProtocol(Socket client) throws IOException { 
        InputStream is = client.getInputStream(); 
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is); //讀取Java標準數(shù)據(jù)類型的輸入流 
 
        //協(xié)議解析 
        while (true) { 
            byte type = dis.readByte();               //讀取消息類型 
            int totalLen = dis.readInt();             //讀取消息長度 
            byte[] data = new byte[totalLen - 4 - 1]; //定義存放消息內(nèi)容的字節(jié)數(shù)組 
            dis.readFully(data);                      //讀取消息內(nèi)容 
            String msg = new String(data);            //消息內(nèi)容 
 
            System.out.println("接收消息類型" + type); 
            System.out.println("接收消息長度" + totalLen); 
            System.out.println("發(fā)來的內(nèi)容是:" + msg); 
        } 
    } 
}  

四、總結(jié)

本文簡單介紹了socket通信和自定義協(xié)議的相關(guān)知識點，為后續(xù)的深入做一些準備工作，下一篇文章《基于Java Socket的自定義協(xié)議，實現(xiàn)Android與服務(wù)器的長連接(二)》將通過一個實例來詳細講解自定義協(xié)議實現(xiàn)長連接通信。