Java Socket编程——通信是这样炼成的

Java最初是作为网络编程语言出现的,其对网络提供了高度的支持,使得客户端和服务器的沟通变成了现实,而在网络编程中,使用最多的就是Socket。像大家熟悉的QQ、MSN都使用了Socket相关的技术。下面就让我们一起揭开Socket的神秘面纱。

Socket编程

一、网络基础知识(参考计算机网络)

关于计算机网络部分可以参考相关博客:

TCP/IP协议栈及OSI参考模型详解》

http://wangdy.blog.51cto.com/3845563/1588379

1、两台计算机间进行通讯需要以下三个条件:

IP地址、协议、端口号

2、TCP/IP协议:

是目前世界上应用最为广泛的协议,是以TCP和IP为基础的不同层次上多个协议的集合,也成TCP/IP协议族、或TCP/IP协议栈

TCP:Transmission Control Protocol 传输控制协议

IP:Internet Protocol 互联网协议

3、TCP/IP五层模型

应用层:HTTP、FTP、SMTP、Telnet等

传输层:TCP/IP

网络层:

数据链路层:

物理层:网线、双绞线、网卡等

4、IP地址

为实现网络中不同计算机之间的通信,每台计算机都必须有一个唯一的标识---IP地址。

32位二进制

5、端口

区分一台主机的多个不同应用程序,端口号范围为0-65535,其中0-1023位为系统保留。

如:HTTP:80 FTP:21 Telnet:23

IP地址+端口号组成了所谓的Socket,Socket是网络上运行的程序之间双向通信链路的终结点,是TCP和UDP的基础

6、Socket套接字:

网络上具有唯一标识的IP地址和端口组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。

Socket原理机制:

通信的两端都有Socket

网络通信其实就是Socket间的通信

数据在两个Socket间通过IO传输

7、Java中的网络支持

针对网络通信的不同层次,Java提供了不同的API,其提供的网络功能有四大类:

InetAddress:用于标识网络上的硬件资源,主要是IP地址

URL:统一资源定位符,通过URL可以直接读取或写入网络上的数据

Sockets:使用TCP协议实现的网络通信Socket相关的类

Datagram:使用UDP协议,将数据保存在用户数据报中,通过网络进行通信。

二、InetAddress

InetAddress类用于标识网络上的硬件资源,标识互联网协议(IP)地址。

该类没有构造方法

1 //获取本机的InetAddress实例
2 InetAddress address =InetAddress.getLocalHost();
3 address.getHostName();//获取计算机名
4 address.getHostAddress();//获取IP地址
5 byte[] bytes = address.getAddress();//获取字节数组形式的IP地址,以点分隔的四部分
6 
7 //获取其他主机的InetAddress实例
8 InetAddress address2 =InetAddress.getByName("其他主机名");
9 InetAddress address3 =InetAddress.getByName("IP地址");

三、URL类

1、URL(Uniform Resource Locator)统一资源定位符,表示Internet上某一资源的地址,协议名:资源名称

1 //创建一个URL的实例
2 URL baidu =new URL("http://www.baidu.com"); 
3 URL url =new URL(baidu,"/index.html?username=tom#test");//?表示参数,#表示锚点
4 url.getProtocol();//获取协议
5 url.getHost();//获取主机
6 url.getPort();//如果没有指定端口号,根据协议不同使用默认端口。此时getPort()方法的返回值为 -1
7 url.getPath();//获取文件路径
8 url.getFile();//文件名,包括文件路径+参数
9 url.getRef();//相对路径,就是锚点,即#号后面的内容
10 url.getQuery();//查询字符串,即参数

2、使用URL读取网页内容

通过URL对象的openStream()方法可以得到指定资源的输入流,通过流能够读取或访问网页上的资源

1 //使用URL读取网页内容
2 //创建一个URL实例
3 URL url =new URL("http://www.baidu.com"); 
4 InputStream is = url.openStream();//通过openStream方法获取资源的字节输入流
5 InputStreamReader isr =newInputStreamReader(is,"UTF-8");//将字节输入流转换为字符输入流,如果不指定编码,中文可能会出现乱码
6 BufferedReader br =newBufferedReader(isr);//为字符输入流添加缓冲,提高读取效率
7 String data = br.readLine();//读取数据
8 while(data!=null){ 
9 System.out.println(data);//输出数据
10 data = br.readerLine();
11 }
12 br.close();
13 isr.colose();
14 is.close();

四、TCP编程

1、TCP协议是面向连接的、可靠的、有序的、以字节流的方式发送数据,通过三次握手方式建立连接,形成传输数据的通道,在连接中进行大量数据的传输,效率会稍低

2、Java中基于TCP协议实现网络通信的类

客户端的Socket类

服务器端的ServerSocket类

3、Socket通信的步骤

① 创建ServerSocket和Socket

② 打开连接到Socket的输入/输出流

③ 按照协议对Socket进行读/写操作

④ 关闭输入输出流、关闭Socket

4、服务器端:

① 创建ServerSocket对象,绑定监听端口

② 通过accept()方法监听客户端请求

③ 连接建立后,通过输入流读取客户端发送的请求信息

④ 通过输出流向客户端发送乡音信息

⑤ 关闭相关资源

1 /** 
2  * 基于TCP协议的Socket通信,实现用户登录,服务端 
3  */ 
4 //1、创建一个服务器端Socket,即ServerSocket,指定绑定的端口,并监听此端口 
5 ServerSocket serverSocket =newServerSocket(10086);//1024-65535的某个端口 
6 //2、调用accept()方法开始监听,等待客户端的连接 
7 Socket socket = serverSocket.accept(); 
8 //3、获取输入流,并读取客户端信息 
9 InputStream is = socket.getInputStream();
10 InputStreamReader isr =newInputStreamReader(is);
11 BufferedReader br =newBufferedReader(isr);
12 String info =null
13 while((info=br.readLine())!=null){
14 System.out.println("我是服务器,客户端说:"+info);
15 }
16 socket.shutdownInput();//关闭输入流
17 //4、获取输出流,响应客户端的请求
18 OutputStream os = socket.getOutputStream();
19 PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
20 pw.write("欢迎您!");
21 pw.flush();
22 
23 
24 //5、关闭资源
25 pw.close();
26 os.close();
27 br.close();
28 isr.close();
29 is.close();
30 socket.close();
31 serverSocket.close();

5、客户端:

① 创建Socket对象,指明需要连接的服务器的地址和端口号

② 连接建立后,通过输出流想服务器端发送请求信息

③ 通过输入流获取服务器响应的信息

④ 关闭响应资源

 1 //客户端
 2 //1、创建客户端Socket,指定服务器地址和端口
 3 Socket socket =newSocket("localhost",10086); 
 4 //2、获取输出流,向服务器端发送信息
 5 OutputStream os = socket.getOutputStream();//字节输出流
 6 PrintWriter pw =newPrintWriter(os);//将输出流包装成打印流
 7 pw.write("用户名:admin;密码:123"); 
 8 pw.flush(); 
 9 socket.shutdownOutput();
 10 //3、获取输入流,并读取服务器端的响应信息
 11 InputStream is = socket.getInputStream();
 12 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
 13 String info = null;
 14 while((info=br.readLine())!null){
 15  System.out.println("我是客户端,服务器说:"+info);
 16 }
 17 
 18 //4、关闭资源
 19 br.close();
 20 is.close();
 21 pw.close();
 22 os.close();
 23 socket.close();

6、应用多线程实现服务器与多客户端之间的通信

① 服务器端创建ServerSocket,循环调用accept()等待客户端连接

② 客户端创建一个socket并请求和服务器端连接

③ 服务器端接受苦读段请求,创建socket与该客户建立专线连接

④ 建立连接的两个socket在一个单独的线程上对话

⑤ 服务器端继续等待新的连接

 1 //服务器线程处理
 2 //和本线程相关的socket
 3 Socket socket =null; 
 4 //
 5 public serverThread(Socket socket){ 
 6 this.socket = socket; 
 7 } 
 8 
 9 publicvoid run(){
 10 //服务器处理代码
 11 }
 12 
 13 //============================================
 14 //服务器代码
 15 ServerSocket serverSocket =newServerSocket(10086);
 16 Socket socket =null;
 17 int count =0;//记录客户端的数量
 18 while(true){
 19 socket = serverScoket.accept();
 20 ServerThread serverThread =newServerThread(socket);
 21  serverThread.start();
 22  count++;
 23 System.out.println("客户端连接的数量:"+count);
 24 }

五、UDP编程

UDP协议(用户数据报协议)是无连接的、不可靠的、无序的,速度快

进行数据传输时,首先将要传输的数据定义成数据报(Datagram),大小限制在64k,在数据报中指明数据索要达到的Socket(主机地址和端口号),然后再将数据报发送出去

DatagramPacket类:表示数据报包

DatagramSocket类:进行端到端通信的类

1、服务器端实现步骤

① 创建DatagramSocket,指定端口号

② 创建DatagramPacket

③ 接受客户端发送的数据信息

④ 读取数据

 1 //服务器端,实现基于UDP的用户登录
 2 //1、创建服务器端DatagramSocket,指定端口
 3 DatagramSocket socket =new datagramSocket(10010); 
 4 //2、创建数据报,用于接受客户端发送的数据
 5 byte[] data =newbyte[1024];//
 6 DatagramPacket packet =newDatagramPacket(data,data.length); 
 7 //3、接受客户端发送的数据 
 8 socket.receive(packet);//此方法在接受数据报之前会一致阻塞 
 9 //4、读取数据
 10 String info =newString(data,o,data.length);
 11 System.out.println("我是服务器,客户端告诉我"+info);
 12 
 13 
 14 //=========================================================
 15 //向客户端响应数据
 16 //1、定义客户端的地址、端口号、数据
 17 InetAddress address = packet.getAddress();
 18 int port = packet.getPort();
 19 byte[] data2 = "欢迎您!".geyBytes();
 20 //2、创建数据报,包含响应的数据信息
 21 DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length,address,port);
 22 //3、响应客户端
 23 socket.send(packet2);
 24 //4、关闭资源
 25 socket.close();

2、客户端实现步骤

① 定义发送信息

② 创建DatagramPacket,包含将要发送的信息

③ 创建DatagramSocket

④ 发送数据

 1 //客户端
 2 //1、定义服务器的地址、端口号、数据
 3 InetAddress address =InetAddress.getByName("localhost"); 
 4 int port =10010; 
 5 byte[] data ="用户名:admin;密码:123".getBytes(); 
 6 //2、创建数据报,包含发送的数据信息
 7 DatagramPacket packet = newDatagramPacket(data,data,length,address,port); 
 8 //3、创建DatagramSocket对象
 9 DatagramSocket socket =newDatagramSocket();
 10 //4、向服务器发送数据
 11 socket.send(packet);
 12 
 13 
 14 //接受服务器端响应数据
 15 //======================================
 16 //1、创建数据报,用于接受服务器端响应数据
 17 byte[] data2 = new byte[1024];
 18 DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length);
 19 //2、接受服务器响应的数据
 20 socket.receive(packet2);
 21 String raply = new String(data2,0,packet2.getLenth());
 22 System.out.println("我是客户端,服务器说:"+reply);
 23 //4、关闭资源
 24 socket.close();

六、注意问题:

1、多线程的优先级问题:

根据实际的经验,适当的降低优先级,否侧可能会有程序运行效率低的情况

2、是否关闭输出流和输入流:

对于同一个socket,如果关闭了输出流,则与该输出流关联的socket也会被关闭,所以一般不用关闭流,直接关闭socket即可

3、使用TCP通信传输对象,IO中序列化部分

4、socket编程传递文件,IO流部分

原文发布于微信公众号 - Java团长(javatuanzhang)

原文发表时间:2017-12-17

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