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【Cocos2d-x】使用BSD Socket与Java Socket进行网络通信

发表于2015-12-18
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相关概念


套接字是支持TCP/IP网络通信的基本操作单元。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口。


套接字，是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元，可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点，简单的说就是通信的两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。


非常非常简单的举例说明下:Socket=Ip address+ TCP/UDP + port。


每一个基于TCP/IP网络通讯的程序都被赋予了唯一的端口和端口号，端口是一个信息缓冲区，用于保留Socket中的输入/输出信息，端口号是一个16位无符号整数，范围是0-65535，以区别主机上的每一个程序（端口号就像房屋中的房间号），低于256的端口号保留给标准应用程序，比如pop3的端口号就是110，每一个套接字都组合进了IP地址、端口、端口号，这样形成的整体就可以区别每一个套接字。


Berkeley 套接字（也称为BSD 套接字），一个应用程序接口（API，包括了一个用C语言写成的应用程序开发库），主要用于实现进程间通讯。 接口实现用于TCP/IP协议。最初用于Unix系统。


如今，所有的现代操作系统都有一些源于Berkeley套接字接口的实现，它已成为连接Internet的标准接口。

使用Berkeley套接字的系统

  • Windows Sockets (Winsock) ，和Berkeley Sockets很相似，最初是为了便于移植Unix程序。
  • Java Sockets
  • Python sockets
  • Perl sockets


套接字API函数

这个列表是一个Berkeley套接字API库提供的函数或者方法的概要：

  • socket() 创建一个新的确定类型的套接字，类型用一个整型数值标识（文件描述符），并为它分配系统资源。
  • bind() 一般用于服务器端，将一个套接字与一个套接字地址结构相关联，比如，一个指定的本地端口和IP地址。
  • listen() 用于服务器端，使一个绑定的TCP套接字进入监听状态。
  • connect() 用于客户端，为一个套接字分配一个自由的本地端口号。 如果是TCP套接字的话，它会试图获得一个新的TCP连接。
  • accept() 用于服务器端。 它接受一个从远端客户端发出的创建一个新的TCP连接的接入请求，创建一个新的套接字，与该连接相应的套接字地址相关联。
  • send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto(), 用于往/从远程套接字发送和接受数据。
  • close() 用于系统释放分配给一个套接字的资源。 如果是TCP，连接会被中断。
  • gethostbyname()和gethostbyaddr() 用于解析主机名和地址。
  • select() 用于修整有如下情况的套接字列表： 准备读，准备写或者是有错误。
  • poll() 用于检查套接字的状态。 套接字可以被测试，看是否可以写入、读取或是有错误。
  • getsockopt() 用于查询指定的套接字一个特定的套接字选项的当前值。
  • setsockopt() 用于为指定的套接字设定一个特定的套接字选项。


socket()

socket() 为通讯创建一个端点，为套接字返回一个文件描述符。 socket() 有三个参数：

  • domain 为创建的套接字指定协议集。 例如：
    • AF_INET 表示IPv4网络协议
    • AF_INET6 表示IPv6
    • AF_UNIX 表示本地套接字（使用一个文件）
  • type 如下：
    • SOCK_STREAM （可靠的面向流服务或流套接字）
    • SOCK_DGRAM （数据报文服务或者数据报文套接字）
    • SOCK_SEQPACKET （可靠的连续数据包服务）
    • SOCK_RAW (在网络层之上的原始协议)
  • protocol 指定实际使用的传输协议。 最常见的就是IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_DCCP。这些协议都在<netinet/in.h>中有详细说明。 如果该项为“0”的话，即根据选定的domain和type选择使用缺省协议。

如果发生错误，函数返回值为-1。 否则，函数会返回一个代表新分配的描述符的整数。

原型：
int socket(int domain, int type, int protocol);

bind()

bind() 为一个套接字分配地址。当使用socket()创建套接字后，只赋予其所使用的协议，并未分配地址。在接受其它主机的连接前，必须先调用bind()为套接字分配一个地址。bind()有三个参数：

  • sockfd, 表示使用bind函数的套接字描述符
  • my_addr, 指向sockaddr结构（用于表示所分配地址）的指针
  • addrlen, 用socklen_t字段指定了sockaddr结构的长度

如果发生错误，函数返回值为-1，否则为0。

原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);

listen()

当socket和一个地址绑定之后，listen()函数会开始监听可能的连接请求。然而，这只能在有可靠数据流保证的时候使用，例如：数据类型(SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET)。

listen()函数需要两个参数：

  • sockfd, 一个socket的描述符.
  • backlog, 一个决定监听队列大小的整数，当有一个连接请求到来，就会进入此监听队列，当队列满后，新的连接请求会返回错误。

一旦连接被接受，返回0表示成功，错误返回-1。

原型:

int listen(int sockfd, int backlog);

accept()

当应用程序监听来自其他主机的面对数据流的连接时，通过事件（比如Unix select()系统调用）通知它。必须用 accept()函数初始化连接。 Accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。它使用如下参数：

  • sockfd,监听的套接字描述符
  • cliaddr, 指向sockaddr 结构体的指针，客户机地址信息。
  • addrlen,指向 socklen_t的指针，确定客户机地址结构体的大小 。

返回新的套接字描述符，出错返回-1。进一步的通信必须通过这个套接字。

Datagram 套接字不要求用accept()处理，因为接收方可能用监听套接字立即处理这个请求。

函数原型：
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

connect()

connect()系统调用为一个套接字设置连接，参数有文件描述符和主机地址。

某些类型的套接字是无连接的，大多数是UDP协议。对于这些套接字，连接时这样的：默认发送和接收数据的主机由给定的地址确定，可以使用 send()和 recv()。 返回-1表示出错，0表示成功。

函数原型：
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

gethostbyname() 和 gethostbyaddr()

gethostbyname() 和 gethostbyaddr()函数是用来解析主机名和地址的。可能会使用DNS服务或者本地主机上的其他解析机制（例如查询/etc/hosts）。返回一个指向 struct hostent的指针，这个结构体描述一个IP主机。函数使用如下参数：

  • name 指定主机名。例如 www.wikipedia.org
  • addr 指向 struct in_addr的指针，包含主机的地址。
  • len 给出 addr的长度，以字节为单位。
  • type 指定地址族类型 （比如 AF_INET）。

出错返回NULL指针，可以通过检查 h_errno 来确定是临时错误还是未知主机。正确则返回一个有效的 struct hostent *。

这些函数并不是伯克利套接字严格的组成部分。这些函数可能是过时了，新函数是 getaddrinfo() and getnameinfo(), 这些新函数是基于addrinfo数据结构。

函数原型：
struct hostent *gethostbyname(const char *name); struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, int len, int type);


shutdown_fd()

该函数用于关闭输入（读）、输出（写）。

参数：

1.how  流标记，SHUT_RDWR（输出输出流）、SHUT_RD（输入流）、SHUT_WR（输出流）


以上解释来自维基百科和百度百科。

>>点击查看更详细的解释



ServerSocket


服务端与客户端通过Socket进行交互的图示




服务端示例代码


说明：这是一个简单的服务端Socket与客户端Socket交互的示例代码，当客户端请求服务端时，会先从客户端读取数据，然后再往客户端写一段数据。

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package socket;

import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.Reader;
import java.io.Writer;
import java.net.Socket;

// Socket客户端简单示例代码
public class Client {
// 结束标记
public static String END_MARK = "n";
public static void main(String args[]) throws Exception {

String host = "127.0.0.1"; // 服务端ip地址
int port = 8899; // 服务端的端口号
// 创建Socket与服务端建立连接
Socket client = new Socket(host, port);

// 建立连接后就可以往服务端写数据了
Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
writer.append("Hello Server");
writer.append(END_MARK); // 结束标记
writer.flush();// 调用flush方法把缓冲区中的数据写出去
// 从服务端读数据
Reader reader = new InputStreamReader(client.getInputStream());
char chars[] = new char[64];
int len;
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String temp;

int idx = -1;
while ((len = reader.read(chars)) != -1) {
temp = new String(chars, 0, len);
idx = temp.indexOf(END_MARK); //如果遇到结束标记则跳出循环
if ( idx != -1) {
sb.append(temp,0,idx); //添加结束标记前的字符串
break;
}
sb.append(temp);
}
System.out.println("from server: " + sb);
writer.close();
reader.close();
client.close();
}
}
 来自CODE的代码片
Client.java
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package socket;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.Reader;
import java.io.Writer;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

// Socket服务端简单示例代码
public class Server {

// 结束标记
public static String END_MARK = "n";
// 线程池
private static ExecutorService threadPool = null;

static {
// 线程池
threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
}

public static void main(String args[]) throws IOException {
int port = 8899;
// 创建一个ServerSocket并监听8899端口
ServerSocket server = new ServerSocket(port);
boolean flag = true;
while (flag) {
// 等待客户端的连接，accept方法是阻塞的
final Socket socket = server.accept();
// 在子线程中处理socket的请求，然后继续等待下一个客户端的连接
threadPool.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
/**************************************************************************************/
/* 这里存在一个问题：客户端断开连接后，但调用socket.isCloseed()返回是还是false。具体原因还不清楚。
* 测试环境：系统（windows7），
* 服务端开发工具（Eclipse），
* 客户端开发工具（vs2012），
* 服务端实现（java）
* 客户端实现（c++，Socket实现为winsock）*/
/**************************************************************************************/
// 如果Socket未关闭&&可读&&可写
while (!socket.isClosed() && !socket.isInputShutdown()
&& !socket.isOutputShutdown()) {

// 连接建立后，从客户端读取数据
Reader reader = new InputStreamReader(socket
.getInputStream());
char chars[] = new char[64];
int len;
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String temp;
int idx = -1;

// 读数据
while ((len = reader.read(chars)) != -1) {
temp = new String(chars, 0, len);
idx = temp.indexOf(END_MARK); // 如果遇到结束标记则跳出循环
if (idx != -1) {
sb.append(temp, 0, idx); // 添加结束标记前的字符串
break;
}
sb.append(temp);
}
System.out.println("from client: " + sb);

if (sb.length() > 0) {
// 往客户端写数据
Writer writer = new OutputStreamWriter(socket
.getOutputStream());
// 写数据
writer.append("Hello Client");
writer.append(END_MARK); // 发送结束标记
// 数据是存放在缓冲区，默认只有当缓冲区满时或在close时，数据才会真正发送出去（出于性能考虑），调用flush方法可以立刻把数据发送出去
writer.flush();// 调用flush方法把缓冲区的数据写出去
} else {
// 如果没有接收到客户端指令则跳出循环
break;
}
}
socket.close();
} catch (Exception e) {
// 这里为了方便，只是简单的把错误信息打印到控制台
e.printStackTrace();
}
}
});
}
server.close();
}
}
 来自CODE的代码片
Server.java

使用说明（需要先搭建java开发环境）：把上面的代码保存为Server.java文件，使用javac命令编译成Server.class，然后使用java Server命令启动Server。对Client.java进行相同操作，运行Client，然后可以查看服务端Socket和客户端Socket的输出。


正常运行效果图：


我把文件放在了socket目录下


相关异常说明


1.java.net.BindException:Address already in use: JVM_Bind

端口已经被占用了，使用用netstat –ano命令，可以查看到端口使用情况，找出占用了指定端口的进程，打开任务管理器根据进程id把占用了指定端口的进程干掉即可，或者绑定一个没有被占用的端口。


2.java.net.SocketException: Connection reset

连接断开后的读和写操作引起的异常。


3.java.net.SocketException: Software caused connection abort: socket write error

服务端在往客户端写数据过程中，客户端关闭了连接。


SocketClient


SocketClient对通用的BSD Socket进行了简单的面向对象封装，使用起来更简单。【点击下载源码】


过程遇到的两个问题：

问题一：服务端读取客户端数据时如何知道已经达到数据的结尾？

在客户端发送数据的时候添加结束标记，在服务端接收数据的时候判断结束标记，如果读到结束标记则结束数据读取操作。


问题二：在客户端（C++，window系统，使用的winsock）close了socket后，在服务端（java，window系统，Socket）调用socket的isCloseed()还是返回false。

具体原因还不清楚。


接口说明：

[cpp] view plaincopy
  1. //设置服务端套接字信息（注意：在调用send/recv等等方法之前请先调用该方法一次）  
  2. // address：服务端ip地址  
  3. // port：服务端端口号  
  4. void setServerSocket(const char* address, int port);      
  5.   
  6. // 发送数据到服务端  
  7. // buff：要发送的数据  
  8. bool send(const char* buff);  
  9.   
  10. // 从服务端读取数据  
  11. // buff：从服务端读取数据的缓冲区  
  12. // size：读取数据长度  
  13. bool recv(char* buff, int size);  
  14.   
  15. // 请求（发送和接收）  
  16. // send_buff：要发送的数据  
  17. // recv_buff：从服务端读取数据的缓冲区  
  18. // recv_seze：读取数据长度  
  19. bool request(const char* send_buff, char* recv_buff, int recv_size);  
  20.   
  21. // 重置Socket（close当前socket重新创建一个空的socket）  
  22. void reset();  
  23.   
  24. // 销毁Socket实例  
  25. void destory();  

下面是调用的示例代码。

[cpp] view plaincopy
  1. // 创建SocketClient实例  
  2. SocketClient* m_socketClient = new SocketClient("127.0.0.1",8899);  
  3.   
  4. //发送数据到服务端  
  5. m_socketClient->send("send data test");  
  6.   
  7. //从服务端读取数据  
  8. const int len = 1024;  
  9. char buff[len];  
  10. m_socketClient->recv(buff,len);  
  11. CCLOG("recv data form server: %s",buff);  



项目地址

服务端：https://coding.net/u/linchaolong/p/Java_Socket_Test/git

客户端：https://coding.net/u/linchaolong/p/SocketClient/git

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