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[Java教程]Java从零开始学四十五(Socket编程基础)


一、网络编程中两个主要的问题

一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机,另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。

在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位,数据传输的路由,由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。

而TCP层则提供面向应用的可靠(tcp)的或非可靠(UDP)的数据传输机制,这是网络编程的主要对象,一般不需要关心IP层是如何处理数据的。

目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器(C/S)结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提 出申请。服务器一般作为守护进程始终运行,监听网络端口,一旦有客户请求,就会启动一个服务进程来响应该客户,同时自己继续监听服务端口,使后来的客户也 能及时得到服务

二、两类传输协议:TCPUDP

TCPTranfer Control Protocol的 简称,是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建 立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个socket(通常都是server socket)等待建立连接时,另一个socket可以要求进行连接,一旦这两个socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送 或接收操作。

  UDPUser Datagram Protocol的简称,是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

  

  TCP和UDP的区别:

  UDP

    1、每个数据报中都给出了完整的地址信息,因此无需要建立发送方和接收方的连接。

    2、UDP传输数据时是大小限制的,每个被传输的数据报必须限定在64KB之内

           3、UDP是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方

  TCP

    1、面向连接的协议,在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接,所以在TCP中需要连接时间。

    2、TCP传输数据大小限制,一旦连接建立起来,双方的socket就可以按统一的格式传输大的数据。

           3,TCP是一个可靠的协议,它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

  应用:

  1,TCP在网络通信上有极强的生命力,例如远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此TCP传输的效率不如UDP

  2,UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

 

三、基于Socket的java网络编程

1、什么是Socket

网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。

但是,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下,Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

2、Socket通讯的过程

Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求,Client端向Server 端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client 端都可以通过Send,Write等方法与对方通信。

对于一个功能齐全的Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤:

  (1) 创建Socket;

  (2) 打开连接到Socket的输入/出流;

  (3) 按照一定的协议对Socket进行读/写操作;

  (4) 关闭Socket.(在实际应用中,并未使用到显示的close,虽然很多文章都推荐如此,不过在我的程序中,可能因为程序本身比较简单,要求不高,所以并未造成什么影响。)

3、Socket分类

原始套接字(SOCK_RAW):该接口允许对较低层次协议,如IP直接访问,可以接收本机网卡上的数据帧和数据包,对监听网络流量和分析很有用。

流式套接字(SOCK_STREAM):TCP,提供了一个面向连接,可靠的数据传输服务,数据无差错,无重复的发送,且按发送顺序接收。

数据报式套接字(SOCK_DGRAM):UDP,无连接服务,数据报以独立包形式被发送,不提供无差错保证,数据可能丢失,或重复,并且,接收顺序无序。

4、创建Socket

创建Socket

java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下:

  Socket(InetAddress address, int port);

  Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);

  Socket(String host, int prot);

  Socket(String host, int prot, boolean stream);

  Socket(SocketImpl impl)

  Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

  Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

  ServerSocket(int port);

  ServerSocket(int port, int backlog);

  ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)

  其中address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端 口号,stream指明socket是流socket还是数据报socket,localPort表示本地主机的端口号,localAddr和 bindAddr是本地机器的地址(ServerSocket的主机地址),impl是socket的父类,既可以用来创建serverSocket又可 以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。例如:学习视频网 http://www.xxspw.com

  Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);

  ServerSocket server = new ServerSocket(80);

  注意,在选择端口时,必须小心。每一个端口提供一种特定的服务,只有给出正确的端口,才 能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留,例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。

  在创建socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。

 四、简单实现(TCP/IP,流式套接字)

实体类

package entity;import java.io.Serializable;/** * 用户类 * */public class User implements Serializable{    private String name;  private String password;      public String getName() {    return name;  }  public void setName(String name) {    this.name = name;  }  public String getPassword() {    return password;  }  public void setPassword(String password) {    this.password = password;  }}

客户端

package client;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.ObjectOutputStream;import java.io.OutputStream;import java.net.Socket;import java.net.UnknownHostException;import entity.User;/** * 客户端 * 步骤: * 1.建立客户端Socket连接指定服务器的地址和端口 * 2.得到Socket的读定流 * 3.使用流按照一定的协议对Socket进行读、写操作 * 4.使用close()关闭流和Socket * */public class LoginClient {  public static void main(String[] args) {        try {      //1.建立客户端Socket连接,指定服务器的位置和以端口      Socket socket=new Socket("localhost",8800);      //2.得到Socket的读写流      OutputStream os=socket.getOutputStream();      ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(os);      //3.利用流按时一定的协议对Socket进行读、写操作      User user=new User();      user.setName("Tom");      user.setPassword("123qwe");      oos.writeObject(user);        //关闭输出流      socket.shutdownOutput();            //4.接收服务器的响应      InputStream is=socket.getInputStream();      BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is));      String reply;      while((reply=br.readLine())!=null){        System.out.println("这里是客户端,服务的响应是:"+reply);      }      //5.关闭资源      br.close();      is.close();      oos.close();      os.close();      socket.close();    } catch (UnknownHostException e) {      e.printStackTrace();    } catch (IOException e) {      e.printStackTrace();    }          }}

服务端

package server;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.PrintWriter;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import entity.User;/** * 服务端 * 步骤: * 1.建立一个服务器ServerSocket绑定指定端口并开始监听 * 2.使用accept()方法阻塞等待监听端口,获得新的连接 * 3.建立输入流和输出流 * 4.在已经有的协议上产上会话 * 5.使用close()关闭流和Socket * */public class LoginServer {  public static void main(String[] args) {    try {      // 1.建一个ServerScoket端口为8900      ServerSocket serverScoket = new ServerSocket(8800);      // 2.使用accept方法监听端口      Socket socket = serverScoket.accept();      // 3.获取输入流      InputStream is = socket.getInputStream();      ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);      // 4.获取用户输入信息      User user=(User)ois.readObject();              System.out.println("这里是服务器,用户名为:" + user.getName()+" 密码:"+user.getPassword());      OutputStream os = socket.getOutputStream();      PrintWriter pw = new PrintWriter(os);      // 5.返回信息      String reply = "欢迎到来,";      pw.write(reply);      pw.flush();      // 6.关闭资源      pw.close();      os.close();      ois.close();      is.close();      socket.close();      serverScoket.close();    } catch (IOException e) {      e.printStackTrace();    } catch (ClassNotFoundException e) {      e.printStackTrace();    }  }}

 

五、多线程实现(TCP/IP,流式套接字)

实现类

package socket.object;import java.io.Serializable;/** * 用户类 */public class User implements Serializable {    private String name;  private String passowrd;  private String sex;  private String email;  public String getName() {    return name;  }  public void setName(String name) {    this.name = name;  }  public String getPassowrd() {    return passowrd;  }  public void setPassowrd(String passowrd) {    this.passowrd = passowrd;  }  public String getSex() {    return sex;  }  public void setSex(String sex) {    this.sex = sex;  }  public String getEmail() {    return email;  }  public void setEmail(String email) {    this.email = email;  }    }

客户端

package socket.object;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.net.Socket;import java.net.UnknownHostException;public class LoginClient {  public static void main(String[] args) {    try {      //建立客户端 Socket对象      Socket socket=new Socket("localhost",9200);      //获取输入和输出流      ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());      ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(socket.getInputStream());            User user=new User();      user.setName("Jack");      user.setPassowrd("123456");      user.setSex("男");      user.setEmail("Jack@qq.com");      oos.writeObject(user);            //关闭输出流      //socket.shutdownOutput();            //接收服务器端的响应      Object info=ois.readObject();      System.out.println("这里是客户端:服务的响应是:"+info.toString());      //关闭流      ois.close();      oos.close();      socket.close();    } catch (UnknownHostException e) {      e.printStackTrace();    } catch (IOException e) {      e.printStackTrace();    } catch (ClassNotFoundException e) {      e.printStackTrace();    }  }}

服务端

package socket.object;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.net.InetAddress;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;public class LoginServer {  public static void main(String[] args) {    ServerSocket serverSocket=null;    Socket socket=null;        try {      //建立ServerSocket并指定端口       serverSocket =new ServerSocket(9200);      //当前连接人数       int nums=0;       //服务器一直在监听状态       while(true){        //使用accept方法监听端口         socket=serverSocket.accept();         //每一个访问都生成一个线程         ServerThread serverThread=new ServerThread(socket);         //启动线程         serverThread.start();         nums++;         System.out.println("当前客户数量为:"+nums);         //获取客户的IP和主机名         InetAddress ia=socket.getInetAddress();         //客户的主机名        String hostname= ia.getHostName();        //客户的IP        String ip=ia.getHostAddress();        System.out.println("客户的主机名称:"+hostname+" ip地址:"+ip);               }              } catch (IOException e) {      e.printStackTrace();    }  }}

服务端线程类

package socket.object;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/** * 服务端线程类 * */public class ServerThread extends Thread {  Socket socket = null;  public ServerThread(Socket socket) {    this.socket = socket;  }    @Override  public void run() {        ObjectInputStream ois=null;    ObjectOutputStream oos=null;    try {      //获取输入和输出流       ois=new ObjectInputStream(socket.getInputStream());       oos=new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());            //获取用户信息      User user=(User)ois.readObject();      System.out.println("这里是服务器:用户信息为:");      System.out.println("用户名:"+user.getName()+"密码:"+user.getPassowrd()+" 性别:"+user.getSex()+" email:"+user.getEmail());      //响就客户端       String info="信息已经收到,欢迎光临";      oos.writeObject(info);            //关闭流      oos.close();      ois.close();      socket.close();        } catch (IOException e) {      e.printStackTrace();    } catch (ClassNotFoundException e) {      e.printStackTrace();    }          }}

 

六、UDP(数据报式)

 

 

 

客户端

package udpsocket;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.InetAddress;import java.net.SocketException;import java.net.UnknownHostException;/** * 客户端 */public class AskClient {  public static void main(String[] args) {    //声明数据包和套接字对象    DatagramPacket dp=null;    DatagramSocket ds=null;    //服务器地址    InetAddress ia=null;    //服务器端口    int port;    try {      //1.确定发送给服务器的信息 ,服务器地址,端口      String mess="我要咨询问题";      byte[] buf=mess.getBytes();      //发送的地址       ia=InetAddress.getByName("localhost");      //服务器的端口       port=9100;      //2.创建数据包,发送指定长度的信息到指定地址的端口       dp=new DatagramPacket(buf, buf.length,ia,port);      //3.创建数据报套接字对象      ds=new DatagramSocket();      //4.发送数据      ds.send(dp);            //接收服务器的数据       dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);      ds.receive(dp);      String replys=new String(buf,0,dp.getLength());      System.out.println("服务回应:"+replys);            //5.释放资源      ds.close();    } catch (UnknownHostException e) {      e.printStackTrace();    } catch (SocketException e) {      e.printStackTrace();    } catch (IOException e) {      e.printStackTrace();    }                      }}

 

服务端

package udpsocket;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.SocketAddress;import java.net.SocketException;/** * 服务器端 */public class AskServer {  public static void main(String[] args) {        try {      //1.创建接收方(服务器)套接字,并绑定端口号      DatagramSocket ds=new DatagramSocket(9100);      //2.确定数据包接收的数组大小      byte[] buf=new byte[1024];      //3.创建接收类型的数据包,数据存储在数组中      DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);      //4.通过套接字接收数据      ds.receive(dp);      //5.解析发送方发送的数据      String mess=new String(buf,0,dp.getLength());      //输出客户IP和讲的话      System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress()+"客户说:"+mess);      //响应客户端      String reply="有什么问题";      byte [] replys=reply.getBytes();      //响应的地址客户端的IP地址      SocketAddress sa=dp.getSocketAddress();      DatagramPacket dpsend=new DatagramPacket(replys, replys.length,sa);      //发送      ds.send(dpsend);            //6.释放资源      ds.close();    } catch (SocketException e) {      // TODO Auto-generated catch block      e.printStackTrace();    } catch (IOException e) {      // TODO Auto-generated catch block      e.printStackTrace();    }      }}