简介： Java 面向对象程序设计｜二人间对话示例

01、点对点通信模型

基于 Socket 的点对点通信与生活中两部手机通信连接过程（见图 1）相似。手机开机后，自动向通信服务器注册手机位置（即基站位置编号），并置本机在线标记。拨号时，先向服务器查询对方号码的位置信息，若找到且对方在线，则通过服务器向该号码发送连接请求；接通后，两部手机间建立完整的通信链路。

■ 图 1  两部手机的通信连接

图 2 是手机通信模型与基于 Socket 的点对点通信模型的比较。对比发现，二者极为相似。ServerSocket 对象类似手机通信中的服务器，Socket 类似手机，基于 Socket 对象创建的输入流/输出流对象，对应手机中的听筒/扬声器。通信端点是 Socket 对象，代表对方，即从输入流（即手机中的听筒）读取的数据是由对方发送，向输出流写入数据必会传给对方。

■ 图 2 手机通信模型与基于 Socket 的点对点通信模型的比较

假设 A 向 B 发消息，B 进行反馈。A 是通信的发起方，常称作主叫；B 等待对方连接（类似待机），常称作被叫。通信模型执行的具体步骤见图 3：

■ 图 3 基于 Socket 的点对点通信实施步骤

（1）被叫方开启待机状态。即执行图中的第【1】【2】。被叫方创建 ServerSocket 对象，启动侦听服务 accept()。若无连接请求则处于等待状态；若连接请求到达，则结束等待，并根据连接者自身携带的信息创建一个代表对方（即主叫方）的 Socket 对象（即图中的 sk）。

（2）主叫方发起呼叫，即执行模型第【3】步。主叫根据被叫方的 socket 信息（ip+port）创建 Socket 对象，并自动向该 socket 发出连接请求。若被叫方已经启动 accept()方法，则连接成功。至此，主叫、被叫均拥有了代表对方的 Socket 对象，奠定了通信的基础。

（3）双方基于 Socket 对象获取输入/输出流，即执行模型第【4】步。通过 Socket 对象的 getXxxStream()可获得输入/输出流。注意，借助底层类库支持，获得的流对象实际上已经完成了流的配置（即 A 的输入/出流与 B 的输出/入流完成了对接）。

（4）实施数据传输，即发送信息是向输出流写入数据，接收消息是从输入流读取数据，若对方并未发送数据，则读取动作将执行等待，直至对方写入数据。鉴于通信双方基于 Socket 建立了持续可靠字节流通道，故这种传输方式属于有连接的流通信方式。

（5）通信结束，通信完成后，关闭己方的流和 Socket 对象。

下面通过示例具体阐述通信程序的设计。

02、基于 Socket 的点对点通信方式-示例

【例 1】使用基于 Socket 的点对点通信方式，实现如下通信内容：张三说：“李四，你吃了吗？”，李四回答：“还没呢。”上述两条信息在两台主机上均完整显示。

目的：通过简单的通信内容，凸显通信程序的设计框架和实施步骤，即如何使用 Socket 和 ServerSocket，如何创建输入输出流、如何收发消息，以及实施过程中有何注意事项。

设计：本例主要设计了 3 个类：SocketStr、Caller（主叫方）、Callee（被叫方）。

类 SocketStr 描述用于收/发 String 数据的 Socket，有属性 socket、in、out，对应通信端点、输入/输出流。主叫方的 SocketStr 对应构造函数 SocketStr(ip,port)，基于 ip+port 创建 socket 引用的对象，继而基于 socket 获取 in、out；被叫方的 SocketStr 对应构造函数 SocketStr(socket)，即基于 accept()返回的 Socket 对象为 socket 赋值，并获取 in、out。SocketStr 类主要提供发送、接收、关闭三个方法。

Callee 面向被叫，main 中描述了启动待机、发送/接收数据、关闭通信的执行过程；

Caller 面向主叫，main 中描述了主叫发起呼叫、发送/接收数据、关闭通信的执行过程。

注意：为凸显注意事项，这里给出的是有问题的设计：输出结果存在问题。

import java.net.Socket; import java.net.ServerSocket;import java.io.BufferedReader; import java.io.PrintWriter;import java.io.InputStreamReader; import java.io.IOException;class SocketStr{//用于传输String的Socket，既可用于主叫，也可用于被叫  private Socket socket; //相当于手机，代表对方  private BufferedReader in; //基于socket产生的输入流，相当于听筒  private PrintWriter out; //基于socket产生的输出流，相当于麦克风  public SocketStr(Socket sk){ //由被叫方使用，其中sk是accept()的返回值    socket=sk; creatInOut();  }  public SocketStr(String ip, int port){//由主叫方使用    try{socket=new Socket(ip,port); creatInOut();}    catch(ConnectException ee){      System.out.println("被叫的accept服务未启动，不接受呼叫！");      System.exit(0); }    catch(Exception e){ System.out.println("有异常："); e.printStackTrace();}  }  private void creatInOut(){//构造输入流和输出流    try{ in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));             out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true); //true表示自动刷新    } catch(IOException e){ System.out.println("有异常："); e.printStackTrace();}  }  public void send(String info){ out.println(info); } //发送消息info  public String receive(){String s=null;    try{ s=in.readLine(); }       catch(IOException e){ System.out.println("有异常："); e.printStackTrace();}    return s;  }  public void close(){    try{ in.close(); out.close(); socket.close(); }       catch(IOException e){ System.out.println("有异常："); e.printStackTrace(); }  }}class Callee{//被叫方，注：被叫需要先待机（对应待机端口号），以便接收呼叫  public static void main(String[] args){    String name="李四"; ServerSocket srv=null; Socket skt=null;    try{ srv= new ServerSocket(6666);//本机使用6666端口提供通信服务       System.out.println( "服务端启动，等待连接。。。");       skt=srv.accept(); //无连接时等待，连接成功后返回Socket对象，代表主叫方       System.out.println( "连接成功！开始通话。。。");    } catch(IOException e){ System.out.println("有异常："); e.printStackTrace(); }    SocketStr sk=new SocketStr(skt); //必须使用ServerSocket返回的Socket    String msg="还没呢!"; //自己要说的话    System.out.println( name+": "+msg);//在本地端显示发送的内容    sk.send( name+": "+msg ); //发送消息    msg=sk.receive(); //接收消息    System.out.println( msg ); //在本地端显示收到的信息    sk.close(); //关闭Socket和输入流、输出流  }}class Caller{//主叫方  public static void main(String[] args){    String name="张三"; String msg="李四，你吃了吗?"; //待发送内容    SocketStr sk=new SocketStr("127.0.0.1", 6666); //127.0.0.1代表本机    System.out.println( name+": "+ msg);//在本地端显示发送的消息    sk.send(name+": "+msg ); //发送消息    msg=sk.receive(); //接收消息    System.out.println( msg ); //在本地端显示收到的信息    sk.close(); //关闭Socket和输入流、输出流  }}

03、输出结果

■ 图 4  一句话通信过程展示

04、示例剖析

程序在单击上的执行方式：在单击上运行本程序需要开启两个 JVM（或者说两个控制台）。先执行 Callee，启动被叫的 accept()服务，等待接受连接。若此时无连接，则等待，见图 4.(a)；之后，再开启一个控制台，执行 Caller（见图 4.(b)），执行后 Callee 收到了呼叫，解除等待状态（见图 4.(c)），两个窗口继续执行直至结束。

通信的基础是两端的 Socket 对象，ServerSocket 对象旨在让被叫处于监听服务（即执行 accept()）状态。主叫方的 Socket 对象是主动创建，被叫方的 Socket 对象则由 accept()方法返回。输入/输出流从 Socket 对象获得。Socket 对象代表对方，即向输出流中写入数据，定会发送给对方；从输入流获取的信息，定由对方传来。

Callee 的执行结果存在问题：问话与回答的次序颠倒了。这是因为 Callee 是被叫，应先接收消息（即对方问题）再回答。而 main 中先输出“自己的回答”并发送，继而接收“对方的问题”并输出，次序颠倒了。理论上，二人通信时，收发次序有四种可能：

 （1）主叫（发-收）+被叫（发-收）；（2）主叫（发-收）+被叫（收-发）

 （3）主叫（收-发）+被叫（发-收）；（4）主叫（收-发）+被叫（收-发）

实际上，只有第 2 种才能产生合法的结果，第 1、3 种产生错误的输出结果，第 4 种将产生死锁。因为通过输入流接收消息时，若对方未发送任何消息，则接收消息的方法将处于等待状态。这样，第 4 种方式主叫、被叫均将进入等待状态。

若主叫/被叫采用正确的发送和接收消息次序，能否放入循环，持续进行二人通话呢？可以，但存在缺陷：只能严格遵循一人一句的次序。如某人未说，则另一人会陷入等待。请读者自行尝试上述四种通信顺序，以及持续通信，进行验证。

在 Callee 中，必须以 ServerSocket 返回的 Socket 对象为基础构造输入输出流，不能另行创建 Socket 对象继而构造输入输出流。因为 accept()方法返回的 Socket 对象中携带了对方（即 Caller）的 Socket 信息（IP 和 port）。

127.0.0.1 是特殊的 IP 地址，也称回绕地址，指本机，一般用来测试使用。例如：ping 127.0.0.1 来测试本机 TCP/IP 是否正常。读者也可通过 ipconfig 指令先获得被叫的 IP 地址，继而将 Callee 中 127.0.0.1 替换为被叫的 IP 地址，在两台主机上进行通信实验。