socket系列之客户端socket——Socket类

假设TCP套接字服务器端已经建立好并正在监听客户端的连接了，那么客户端就可以通过Socket类来发起连接。客户端发起一个连接请求后，就被动地在等待服务器的响应。这个类同样位于java.net包中，包含很多方法用于建立连接，操作数据流等。客户端按以下几步进行工作：
① 创建一个Socket实例，构造函数直接指定远程服务器IP跟端口，建立一个TCP连接。
② 通过这个Socket实例的输入输出流进行通信，Socket实例都包含一个InputStream对象和OutputStream对象，通过操作这些流就可以实现接收发送数据。
③ 完成通信后，用Socket实例的close()方法关闭连接。
上面了解了应用层java的工作方式，接着有必要深入研究socket从应用层到系统底层是怎么工作的，应用层的这些操作在系统底层是怎么反应的。如图2-3-2-3所示，以虚线为分界线，上层位应用层，下层为系统底层。整个工作流程可以分为以下几步：
（1） 首先确定要进行通信的目标，包括目标IP和目标端口。
（2） 根据目标IP跟端口，在Java应用层创建一个Socket实例。
（3） 阻塞等待，准备进行系统底层相关工作。
（4） 创建socket底层数据结构，socket初始状态为关闭。
（5） 向这个socket填入本地、远程的地址跟端口，并向远程服务器发送连接请求，此时socket的状态为正在连接。
（6） 跟远程服务器完成3次握手后，就完成了连接的建立，此时的socket状态为连接建立完成。
（7） 完成应用层上的socket实例化，接下去可以对这个socket进行操作，以实现通信。
 
图2-3-2-3 Socket底层工作原理

实际的通信中，客户端socket中虽然没有明显指定用哪个本地端口号，但其实系统会随机（一般大于1023）分配一个端口号，所以每次通信使用的本地端口号一般是不同的。另外，由于消息在网络中传输可能延迟，而如果关闭服务器客户端socket连接后，又产生同样地址的服务器跟客户端socket，这时在网络中延迟的旧消息会被误以为是新连接的消息发送给新的socket连接，导致错误。所以要TCP规范要求两端都完成关闭握手后，至少要有一个套接字保持一段时间Time-Wait状态。一般客户端的socket完成通信后会变为Time-Wait状态，并保持一段时间。在此期间，不允许socket使用这个本地端口号，应用层Java如果试图用该端口号创建一个新的socket实例，将抛出IOException异常。

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