如何在Java中使用单个TCP连接发送多个文件？

使用一个TCP连接发送多个文件

为什么会有这篇博客？ 最近在看一些相关方面的东西，简单的使用一下 Socket 进行编程是没有的问题的，但是这样只是建立了一些基本概念。对于真正的问题，还是无能为力。

当我需要进行文件的传输时，我发现我好像只是发送过去了数据（二进制数据），但是关于文件的一些信息却丢失了（文件的扩展名）。而且每次我只能使用一个 Socket 发送一个文件，没有办法做到连续发送文件（因为我是依靠关闭流来完成发送文件的，也就是说我其实是不知道文件的长度，所以只能以一个 Socket 连接代表一个文件）。

这些问题困扰了我好久，我去网上简单的查找了一下，没有发现什么现成的例子（可能没有找到吧），有人提了一下，可以自己定义协议进行发送。 这个倒是激发了我的兴趣，感觉像是明白了什么，因为我刚学过计算机网络这门课，老实说我学得不怎么样，但是计算机网络的概念我是学习到了。

计算机网络这门课上，提到了很多协议，不知不觉中我也有了协议的概念。所以我找到了解决的办法：自己在 TCP 层上定义一个简单的协议。 通过定义协议，这样问题就迎刃而解了。

协议的作用

从主机1到主机2发送数据，从应用层的角度看，它们只能看到应用程序数据，但是我们通过图是可以看出来的，数据从主机1开始，每向下一层数据会加上一个首部，然后在网络上进行传播，当到达主机2后，每向上一层会去掉一个首部，达到应用层时，就只有数据了。（这里只是简单的说明一下，实际上这样还是不够严谨，但是对于简单的理解是够了。）

所以，我可以自己定义一个简单的协议，将一些必要的信息放在协议头部，然后让计算机程序自己解析协议头部信息，而且每一个协议报文就相当于一个文件。这样多个协议就是多个文件了。而且协议之间是可以区分的，不然的话，连续传输多个文件，如果无法区分属于每个文件的字节流，那么传输是毫无意义的。

定义数据的发送格式（协议）

这里的发送格式（我感觉和计算机网络中的协议有点像，也就称它为一个简单的协议吧）。

发送格式：数据头+数据体

数据头：一个长度为一字节的数据，表示的内容是文件的类型。 注：因为每个文件的类型是不一样的，而且长度也不相同，我们知道协议的头部一般是具有一个固定长度的（对于可变长的那些我们不考虑），所以我采用一个映射关系，即一个字节数字表示一个文件的类型。

举一个例子，如下：

key	value
0	txt
1	png
2	jpg
3	jpeg
4	avi

注：这里我做的是一个模拟，所以我只要测试几种就行了。

数据体： 文件的数据部分（二进制数据）。

代码

客户端

协议头部类

package com.dragon;

public class Header {
	private byte type;      //文件类型
	private long length;      //文件长度
	
	public Header(byte type, long length) {
		super();
		this.type = type;
		this.length = length;
	}

	public byte getType() {
		return this.type;
	}
	
	public long getLength() {
		return this.length;
	}
}

发送文件类

package com.dragon;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

/**
 * 模拟文件传输协议：
 * 协议包含一个头部和一个数据部分。
 * 头部为 9 字节，其余为数据部分。
 * 规定头部包含：文件的类型、文件数据的总长度信息。
 * */
public class FileTransfer {
	private byte[] header = new byte[9];   //协议的头部为9字节，第一个字节为文件类型，后面8个字节为文件的字节长度。
	
	/**
	 *@param src source folder 
	 * @throws IOException 
	 * @throws FileNotFoundException 
	 * */
	public void transfer(Socket client, String src) throws FileNotFoundException, IOException {
		File srcFile = new File(src);
		File[] files = srcFile.listFiles(f->f.isFile());
		//获取输出流
		BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(client.getOutputStream());
		for (File file : files) {
			try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file))){
				 //将文件写入流中
				String filename = file.getName();
				System.out.println(filename);
				//获取文件的扩展名
				String type = filename.substring(filename.lastIndexOf(".")+1);
				long len = file.length();
				//使用一个对象来保存文件的类型和长度信息，操作方便。
				Header h = new Header(this.getType(type), len);
				header = this.getHeader(h);
				
				//将文件基本信息作为头部写入流中
				bos.write(header, 0, header.length);
				//将文件数据作为数据部分写入流中
				int hasRead = 0;
				byte[] b = new byte[1024];
				while ((hasRead = bis.read(b)) != -1) {
					bos.write(b, 0, hasRead);
				}
				bos.flush();   //强制刷新，否则会出错！
			}
		}
	}
	
	private byte[] getHeader(Header h) {
		byte[] header = new byte[9];
		byte t = h.getType();  
		long v = h.getLength();
		header[0] = t;                  //版本号
		header[1] = (byte)(v >>> 56);   //长度
		header[2] = (byte)(v >>> 48);
		header[3] = (byte)(v >>> 40);
		header[4] = (byte)(v >>> 32);
		header[5] = (byte)(v >>> 24);
		header[6] = (byte)(v >>> 16);
		header[7] = (byte)(v >>>  8);
		header[8] = (byte)(v >>>  0);
		return header;
	}
	
	/**
	 * 使用 0-127 作为类型的代号
	 * */
	private byte getType(String type) {
		byte t = 0;
		switch (type.toLowerCase()) {
		case "txt": t = 0; break;
		case "png": t=1; break;
		case "jpg": t=2; break;
		case "jpeg": t=3; break;
		case "avi": t=4; break;
		}
		return t;
	}
}

注：

1. 发送完一个文件后需要强制刷新一下。因为我是使用的缓冲流，我们知道为了提高发送的效率，并不是一有数据就发送，而是等待缓冲区满了以后再发送，因为 IO 过程是很慢的（相较于 CPU），所以如果不刷新的话，当数据量特别小的文件时，可能会导致服务器端接收不到数据（这个问题，感兴趣的可以去了解一下。），这是一个需要注意的问题。（我测试的例子有一个文本文件只有31字节）。

2. getLong（） 方法将一个 long 型数据转为 byte 型数据，我们知道 long 占8个字节，但是这个方法是我从Java源码里面抄过来的，有一个类叫做 DataOutputStream，它有一个方法是 writeLong()，它的底层实现就是将 long 转为 byte，所以我直接借鉴过来了。（其实，这个也不是很复杂，它只是涉及了位运算，但是写出来这个代码就是很厉害了，所以我选择直接使用这段代码，如果对于位运算感兴趣，可以参考一个我的博客：位运算）。

测试类

package com.dragon;

import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

//类型使用代号：固定长度
//文件长度：long->byte 固定长度
public class Test {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		FileTransfer fileTransfer = new FileTransfer();
		try (Socket client = new Socket("127.0.0.1", 8000)) {
			fileTransfer.transfer(client, "D:/DBC/src");
		}
	}
}

服务器端

协议解析类

package com.dragon;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

/**
 * 接受客户端传过来的文件数据，并将其还原为文件。
 * */
public class FileResolve {
	private byte[] header = new byte[9];  
	
	/**
	 * @param des 输出文件的目录
	 * */
	public void fileResolve(Socket client, String des) throws IOException {
		BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(client.getInputStream());
		File desFile = new File(des);
		if (!desFile.exists()) {
			if (!desFile.mkdirs()) {
				throw new FileNotFoundException("无法创建输出路径");
			}
		}
		
		while (true) {	
			//先读取文件的头部信息
			int exit = bis.read(header, 0, header.length);
			
			//当最后一个文件发送完，客户端会停止，服务器端读取完数据后，就应该关闭了，
			//否则就会造成死循环，并且会批量产生最后一个文件，但是没有任何数据。
			if (exit == -1) {
				System.out.println("文件上传结束！");
				break;   
			}
			
			String type = this.getType(header[0]);
			String filename  = UUID.randomUUID().toString()+"."+type;
			System.out.println(filename);
			//获取文件的长度
			long len = this.getLength(header);
			long count = 0L;
			try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File(des, filename)))){
				int hasRead = 0;
				byte[] b = new byte[1024];
				while (count < len && (hasRead = bis.read(b)) != -1) {
					bos.write(b, 0, hasRead);
					count += (long)hasRead;
					/**
					 * 当文件最后一部分不足1024时，直接读取此部分，然后结束。
					 * 文件已经读取完成了。
					 * */
					int last = (int)(len-count);
					if (last < 1024 && last > 0) {
						//这里不考虑网络原因造成的无法读取准确的字节数，暂且认为网络是正常的。
						byte[] lastData = new byte[last];
						bis.read(lastData);
						bos.write(lastData, 0, last);
						count += (long)last;
					}
				}
			}
		}
	}
	
	/**
	 * 使用 0-127 作为类型的代号
	 * */
	private String getType(int type) {
		String t = "";
		switch (type) {
		case 0: t = "txt"; break;
		case 1: t = "png"; break;
		case 2: t = "jpg"; break;
		case 3: t = "jpeg"; break;
		case 4: t = "avi"; break;
		}
		return t;
	}
	
	private long getLength(byte[] h) {
		return (((long)h[1] << 56) +
                ((long)(h[2] & 255) << 48) +
                ((long)(h[3] & 255) << 40) +
                ((long)(h[4] & 255) << 32) +
                ((long)(h[5] & 255) << 24) +
                ((h[6] & 255) << 16) +
                ((h[7] & 255) <<  8) +
                ((h[8] & 255) <<  0));
	}
}

注：

1. 这个将 byte 转为 long 的方法，相信大家也能猜出来了。DataInputStream 有一个方法叫 readLong()，所以我直接拿来使用了。（我觉得这两段代码写的非常好，不过我就看了几个类的源码，哈哈！）

2. 这里我使用一个死循环进行文件的读取，但是我在测试的时候，发现了一个问题很难解决：什么时候结束循环。 我一开始使用 client 关闭作为退出条件，但是发现无法起作用。后来发现，对于网络流来说，如果读取到 -1 说明对面的输入流已经关闭了，因此使用这个作为退出循环的标志。如果删去了这句代码，程序会无法自动终止，并且会一直产生最后一个读取的文件，但是由于无法读取到数据，所以文件都是 0 字节的文件。 （这个东西产生文件的速度很快，大概几秒钟就会产生几千个文件，如果感兴趣，可以尝试一下，但是最好快速终止程序的运行，哈哈！）

if (exit == -1) {
	System.out.println("文件上传结束！");
	break;   
}

测试类

这里只测试一个连接就行了，这只是一个说明的例子。

package com.dragon;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Test {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		try (ServerSocket server = new ServerSocket(8000)){
			Socket client = server.accept();
			FileResolve fileResolve = new FileResolve();
			fileResolve.fileResolve(client, "D:/DBC/des");
		}	
	}
}

测试结果

Client

Server

源文件目录 这里面包含了我测试的五种文件。注意对比文件的大小信息，对于IO的测试，我喜欢使用图片和视频测试，因为它们是很特殊的文件，如果错了一点（字节少了、多了），文件基本上就损坏了，表现为图片不正常显示，视频无法正常播放。

目的文件目录

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