在之前的文章《網路程式設計雜談之TCP協議》中，我們闡述了TCP協議的基本概念，TCP作為一種可靠的、面向連線的資料傳輸協議，確保了資料在傳送和接收之間的可靠性、順序性和完整性，特點可以概括如下：
1、面向連線：在進行資料傳輸之前，TCP需要客戶端和伺服器之間建立一個連線，這個連線包括一系列的握手和協商步驟，以確保通訊雙方都準備好進行資料傳輸。
2、可靠性：TCP是一種可靠的協議，它使用各種機制來確保資料的可靠傳輸，包括資料分段的確認和重傳機制，以及流量控制等多種手段。
3、順序性：TCP保證資料段的到達順序與傳送順序相同，即使資料在傳輸過程中被拆分成多個資料包，接收方也會將它們按照正確的順序重新組裝，比如說連結的一方發了ABC，那麼接收的一方收到的也一定是ABC。
4、流量控制：TCP使用滑動視窗協議來實現流量控制，確保了傳送方不會以超過接收方處理能力的速度傳送資料，從而避免了資料丟失和網路擁塞。
5、擁塞控制：TCP還具有擁塞控制機制，它可以檢測到網路中的擁塞並採取相應的措施來減輕擁塞，從而實現降低傳送速率和重新傳送丟失的資料包。
6、面向位元組流：TCP是面向位元組流的協議，它不會保留訊息邊界。這意味著接收方需要自行解析和分割接收到的位元組流，以還原原始訊息。
7、可靠的錯誤檢測和糾正：TCP具有強大的錯誤檢測和糾正機制，它可以檢測並糾正在資料傳輸過程中出現的錯誤，以確保資料的完整性。
8、全雙工通訊：TCP支援全雙工通訊，所謂全雙工是指建立連線後，通訊雙方可以同時傳送和接收資料，而不需要等待對方的響應。
9、Socket（套接字）：TCP使用埠號來標識不同的應用程式或服務，通訊的兩端透過IP地址和埠號來建立連線，而套接字（Socket）就是對其中任意一端的抽象，分為伺服器端套接字（Server Socket）或客戶端套接字（Client Socket），分別用於伺服器和客戶端的通訊。
總的來說，TCP協議作用於傳輸層且適用於大多數需要可靠資料傳輸的應用程式，如檔案傳輸、上位機通訊等，並可以做為其他應用層協議的實現基礎，如HTTP、MQTT等。
在程式碼實現層面，Socket是指一種程式設計介面（API），不同開發語言基本上都圍繞Socket提供了一組用於建立、連線、傳送和接收資料的API。下面我們以Java為例，透過java.net包下提供的Socket操作API與 java.io包下提供的IO操作API， 實現一個基本的TCP服務端與客戶端的監聽、連結並進行訊息收發的示例。
服務端
在TCP服務端的實現中我們需要先定義一個ServerSocket物件，並實現對指定IP與埠號的繫結與監聽，這裡需要注意的是如果一直沒有客戶端連結，serverSocket.accept會一直處在阻塞狀態，一旦有客戶端連結事件發生才會向下執行，而服務需要滿足與多個客戶端進行連結，這也是為什麼我們需要一個while (true)去一直輪詢執行，因為我們其實是不知道客戶端什麼時候會連結上來的，下面的讀寫操作也是同一個道理， 所以為了不影響主執行緒accept新的客戶端，我們把完成連結的Socket開啟一個獨立的執行緒或者拋給執行緒池來處理後續IO讀寫操作，這是一種典型的BIO（Blocking I/O）即阻塞IO的處理模式。
public class BioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException{
ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 1000, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9091));//繫結IP地址與埠，定義一個服務端socket,開啟監聽
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();//這裡如果沒有客戶端連結，會一直阻塞等待，一旦有客戶端連結就會向下執行
executor.execute(new BioServerHandler(socket)); //我們把連結Socket拋給執行緒池
}
}
}
讀寫操作是透過Socket獲取InputStream與OutputStream來完成的，這裡的Input與Output是站在你程式的視角來區分的，所以Input是收，Output是發，同理inputStream.read作為IO讀操作也是阻塞的，程式只有接受到資料時才會向下執行，由於我們不確定Socket連結的讀寫操作何時發生，也只能依靠 while (true)輪詢執行。
public class BioServerHandler implements Runnable{
private final Socket socket;
public BioServerHandler(Socket socket) {
this.socket=socket;
}
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
try {
while (true) {
byte[] rbytes = new byte[1024];
InputStream inputStream = socket.getInputStream(); //透過IO輸入流接受訊息
int rlength=inputStream.read(rbytes, 0, 1024); //讀操作阻塞，一旦接受到資料向下執行並返回接收到的資料長度
byte[] bytes = new byte[rlength];
System.arraycopy(rbytes, 0, bytes, 0, rlength);
String message = new String(bytes);
System.out.printf("Client: %s%n", message);
PrintStream writer = new PrintStream(socket.getOutputStream()); //透過IO輸出流傳送訊息
writer.println("Hello BIO Client");
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
客戶端
public class BioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
Socket socket = new Socket();
socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9091));
while (true) {
if (!socket.isConnected()) {
System.out.print("connecting...");
continue;
}
PrintStream writer = new PrintStream(socket.getOutputStream());
writer.write("Hello BIO Server".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String message = reader.readLine();
System.out.printf("Server: %s%n", message);
}
}
}
透過上面程式碼大家能夠對Java下TCP網路程式設計的開發、Socket的操作、BIO（阻塞IO）模型有了基本的瞭解，當然一個完整的TCP服務或客戶端開發需要考慮的問題還有很多，如IO與執行緒模型、協議的制定、連結的管理、應用層報文粘包、半包等等，後續我們會在此基礎上進行進一步的擴充套件與完善。
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