Javasocket1

Posted 2020-08-09

转载自http://www.cnblogs.com/linzheng/archive/2011/01/23/1942328.html

java socket编程

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：TCP；UDP

TCP是Tranfer 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。

UDP是User 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。

比较：

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传输数据时是有大小限制的，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高。

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，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。

4，简单的Client/Server程序

1. 客户端程序

　　import java.io.*;

　　import java.net.*;

　　public class TalkClient {

　　　　public static void main(String args[]) {

　　　　　　try{

　　　　　　　　Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);

　　　　　　　　//向本机的4700端口发出客户请求

　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

　　　　　　　　//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象

　　　　　　　　PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());

　　　　　　　　//由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象

　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

　　　　　　　　//由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象

　　　　　　　　String readline;

　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串

　　　　　　　　while(!readline.equals("bye")){

　　　　　　　　//若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环

　　　　　　　　　　os.println(readline);

　　　　　　　　　　//将从系统标准输入读入的字符串输出到Server

　　　　　　　　　　os.flush();

　　　　　　　　　　//刷新输出流，使Server马上收到该字符串

　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+readline);

　　　　　　　　　　//在系统标准输出上打印读入的字符串

　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+is.readLine());

　　　　　　　　　　//从Server读入一字符串，并打印到标准输出上

　　　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串

　　　　　　　　} //继续循环

　　　　　　　　os.close(); //关闭Socket输出流

　　　　　　　　is.close(); //关闭Socket输入流

　　　　　　　　socket.close(); //关闭Socket

　　　　　　}catch(Exception e) {

　　　　　　　　System.out.println("Error"+e); //出错，则打印出错信息

　　　　　　}

　　}

}

　2. 服务器端程序

　　import java.io.*;

　　import java.net.*;

　　import java.applet.Applet;

　　public class TalkServer{

　　　　public static void main(String args[]) {

　　　　　　try{

　　　　　　　　ServerSocket server=null;

　　　　　　　　try{

　　　　　　　　　　server=new ServerSocket(4700);

　　　　　　　　//创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求

　　　　　　　　}catch(Exception e) {

　　　　　　　　　　System.out.println("can not listen to:"+e);

　　　　　　　　//出错，打印出错信息

　　　　　　　　}

　　　　　　　　Socket socket=null;

　　　　　　　　try{

　　　　　　　　　　socket=server.accept();

　　　　　　　　　　//使用accept()阻塞等待客户请求，有客户

　　　　　　　　　　//请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行

　　　　　　　　}catch(Exception e) {

　　　　　　　　　　System.out.println("Error."+e);

　　　　　　　　　　//出错，打印出错信息

　　　　　　　　}

　　　　　　　　String line;

　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

　　　　　　　　　//由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象

　　　　　　　　PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());

　　　　　　　　　//由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象

　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

　　　　　　　　　//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象

　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());

　　　　　　　　//在标准输出上打印从客户端读入的字符串

　　　　　　　　line=sin.readLine();

　　　　　　　　//从标准输入读入一字符串

　　　　　　　　while(!line.equals("bye")){

　　　　　　　　//如果该字符串为 "bye"，则停止循环

　　　　　　　　　　os.println(line);

　　　　　　　　　　//向客户端输出该字符串

　　　　　　　　　　os.flush();

　　　　　　　　　　//刷新输出流，使Client马上收到该字符串

　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+line);

　　　　　　　　　　//在系统标准输出上打印读入的字符串

　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());

　　　　　　　　　　//从Client读入一字符串，并打印到标准输出上

　　　　　　　　　　line=sin.readLine();

　　　　　　　　　　//从系统标准输入读入一字符串

　　　　　　　　} 　//继续循环

　　　　　　　　os.close(); //关闭Socket输出流

　　　　　　　　is.close(); //关闭Socket输入流

　　　　　　　　socket.close(); //关闭Socket

　　　　　　　　server.close(); //关闭ServerSocket

　　　　　　}catch(Exception e){

　　　　　　　　System.out.println("Error:"+e);

　　　　　　　　//出错，打印出错信息

　　　　　　}

　　　　}

　　}

5，支持多客户的client/server程序

前面的Client/Server程序只能实现Server和一个客户的对话。在实际应用 中，往往是在服务器上运行一个永久的程序，它可以接收来自其他多个客户端的请求，提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能，需要对上 面的程序进行改造，利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求，一旦监听到客户请求，服务器就会启动一个专门的服务线程来响 应该客户的请求，而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态，等待下一个客户的到来。

 

 

总结：

    1：flush();，在一个而开发中，没有使用刷新函数，结果导致第二条报文发出去以后，迟迟没有响应。

      向输出流写数据并不意味着数据实际上已经被发送，它们只是被复制到了发送缓冲区队列SendQ，就是在Socket的OutputStream上调用 flush()方法，也不能保证数据能够立即发送到网络。真正的数据发送是由操作系统的TCP协议栈模块从缓冲区中取数据发送到网络来完成的。

    当有数据从网络来到时，TCP协议栈模块接收数据并放入接收缓冲区队列RecvQ，输入流InputStream通过read方法从RecvQ中取出数据。

 

JAVA Socket超时浅析

 

套接字或插座(socket)是一种软件形 式的抽象，用于表达两台机器间一个连接的“终端”。针对一个特定的连接，每台机器上都有一个“套接字”，可以想象它们之间有一条虚拟的“线缆”。JAVA 有两个基于数据流的套接字类：ServerSocket，服务器用它“侦听”进入的连接；Socket，客户端用它初始一次连接。侦听套接字只能接收新的 连接请求，不能接收实际的数据包。

  套接字是基于TCP/IP实现的，它是用来提供一个访问TCP的服务接口，或者说套接字socket是TCP的应用编程接口API，通过它应用层就可以访问TCP提供的服务。

 

在JAVA中，我们用 ServerSocket、Socket类创建一个套接字连接，从套接字得到的结果是一个InputStream以及OutputStream对象，以便 将连接作为一个IO流对象对待。通过IO流可以从流中读取数据或者写数据到流中，读写IO流会有异常IOException产生。

 

  套接字底层是基于TCP的，所以socket的超时和TCP超时是相同的。

 

1 socket读写缓冲区

 

  一旦创建了一个套接字实例，操作系统就会为其分配缓冲区以存放接收和要发送的数据。

1 socket读写缓冲区

  一旦创建了一个套接字实例，操作系统就会为其分配缓冲区以存放接收和要发送的数据。

　　JAVA可以设置读写缓冲区的大小-setReceiveBufferSize(int size), setSendBufferSize(int size)。

  　向输出流写数据并不意味着数据实际上已经被发送，它们只是被复制到了发送缓冲区队列SendQ，就是在Socket的OutputStream上调用 flush()方法，也不能保证数据能够立即发送到网络。真正的数据发送是由操作系统的TCP协议栈模块从缓冲区中取数据发送到网络来完成的。

  　当有数据从网络来到时，TCP协议栈模块接收数据并放入接收缓冲区队列RecvQ，输入流InputStream通过read方法从RecvQ中取出数据。

 

2 socket连接建立超时

 

    socket连接建立是基于TCP的连接建立过程。TCP的连接需要通过3次握手报文来完成，开始建立TCP连接时需要发送同步SYN报文，然后等待确认 报文SYN+ACK，最后再发送确认报文ACK。TCP连接的关闭通过4次挥手来完成，主动关闭TCP连接的一方发送FIN报文，等待对方的确认报文；被 动关闭的一方也发送FIN报文，然等待确认报文。

 

正在等待TCP连接请求的一端有一个固定长度的连接队列，该队列中的连接已经被TCP接受（即三次握手已经完成），但还没有被应用层所接受。TCP接受一个连接是将其放入这个连接队列，而应用层接受连接是将其从该队列中移出。应用层可以通过设置backlog变量来指明该连接队列的最大长度，即已被TCP接受而等待应用层接受的最大连接数。

  当一个连接请求SYN到达时，TCP确定是否接受这个连接。如果队列中还有空间，TCP模块将对SYN进行确认并完成连接的建立。但应用层只有在三次握手中的第三个报文收到后才会知道这个新连接。如果队列没有空间，TCP将不理会收到的SYN。

如果应用层不能及时接受已被TCP接受的连接，这些连接可能占满整个连接队列，新的连接请求可能不被响应而会超时。如果一个连接请求SYN发送后，一段时间后没有收到确认SYN+ACK，TCP会重传这个连接请求SYN两次，每次重传的时间间隔加倍，在规定的时间内仍没有收到SYN+ACK，TCP将放弃这个连接请求，连接建立就超时了。

  JAVA Socket连接建立超时和TCP是相同的，如果TCP建立连接时三次握手超时，那么导致Socket连接建立也就超时了。可以设置Socket连接建立的超时时间-

 

connect(SocketAddress endpoint, int timeout)

 

如果在timeout内，连接没有建立成功，在TimeoutException异常被抛出。如果timeout的值小于三次握手的时间，那么Socket连接永远也不会建立。

 

  不同的应用层有不同的连接建立过程，Socket的连接建立和TCP一样-仅仅需要三次握手就完成连接，但有些应用程序需要交互很多信息后才能成功建立连接，比如Telnet协议，在TCP三次握手完成后，需要进行选项协商之后，Telnet连接才建立完成。

 

3 socket读超时

 

  如果输入缓冲队列RecvQ中没有数据，read操作会一直阻塞而挂起线程，直到有新的数据到来或者有异常产生。调用setSoTimeout(int timeout)可以设置超时时间，如果到了超时时间仍没有数据，read会抛出一个SocketTimeoutException，程序需要捕获这个异 常，但是当前的socket连接仍然是有效的。

 

  如果对方进程崩溃、对方机器突然重启、网络断开，本端的read会一直阻塞下去，这时设置超时时间是非常重要的，否则调用read的线程会一直挂起。

 

  TCP模块把接收到的数据放入RecvQ中，直到应用层调用输入流的read方法来读取。如果RecvQ队列被填满了，这时TCP会根据滑动窗口机制通知 对方不要继续发送数据，本端停止接收从对端发送来的数据，直到接收者应用程序调用输入流的read方法后腾出了空间。

 

4 socket写超时

 

  socket的写超时是基于TCP的超时重传。超时重传是TCP保证数据可靠性传输的一个重要机制，其原理是在发送一个数据报文后就开启一个计时器，在一 定时间内如果没有得到发送报文的确认ACK，那么就重新发送报文。如果重新发送多次之后，仍没有确认报文，就发送一个复位报文RST，然后关闭TCP连 接。首次数据报文发送与复位报文传输之间的时间差大约为9分钟，也就是说如果9分钟内没有得到确认报文，就关闭连接。但是这个值是根据不同的TCP协议栈 实现而不同。

 

  如果发送端调用write持续地写出数据，直到SendQ队列被填满。如果在SendQ队列已满时调用write方法，则write将被阻塞，直到 SendQ有新的空闲空间为止，也就是说直到一些字节传输到了接收者套接字的RecvQ中。如果此时RecvQ队列也已经被填满，所有操作都将停止，直到 接收端调用read方法将一些字节传输到应用程序。

 

  当Socket的write发送数据时，如果网线断开、对端进程崩溃或者对端机器重启动，TCP模块会重传数据，最后超时而关闭连接。下次如再调用write会导致一个异常而退出。

 

  Socket写超时是基于TCP协议栈的超时重传机制，一般不需要设置write的超时时间，也没有提供这种方法。