java Socket编程

Posted 2020-12-30 StoneGeek

一、网络编程概述

网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。

java.net包中 J2SE 的 API 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口，来专注于解决问题，而不用关注通信细节。

java.net包中提供了两种常见的网络协议的支持：

• TCP：TCP 是传输控制协议的缩写，它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。

TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”。第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认，第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求，第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接。

• UDP：UDP 是用户数据报协议的缩写，一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。
而Socket套接字正是使用TCP提供了两台计算机之间的通信机会。

二、Socket

socket概念

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。

socket通讯过程

客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。

当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。

java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

• 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。
• 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。
• 服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。
• Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
• 在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，每一个socket都有一个输出流和一个输入流，客户端的输出流连接到服务器端的输入流，而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。

TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。

服务端

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

代码示例：

/**
* 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录，服务端
*/
//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
    ServerSocket serverSocket =newServerSocket(10086);//1024-65535的某个端口
//2、调用accept()方法开始监听，等待客户端的连接
    Socket socket = serverSocket.accept();
//3、获取输入流，并读取客户端信息
    InputStream is = socket.getInputStream();
    InputStreamReader isr =newInputStreamReader(is);
    BufferedReader br =newBufferedReader(isr);
    String info =null;
    while((info=br.readLine())!=null){
     System.out.println("我是服务器，客户端说："+info)；
    }
    socket.shutdownInput();//关闭输入流
//4、获取输出流，响应客户端的请求
    OutputStream os = socket.getOutputStream();
    PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
    pw.write("欢迎您！");
    pw.flush();
//5、关闭资源
    pw.close();
    os.close();
    br.close();
    isr.close();
    is.close();
    socket.close();
    serverSocket.close();
    

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

代码示例：

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

三、有关源码解析

（1）ServerSocket类

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

构造方法

public ServerSocket(int port) throws IOException
创建绑定到特定端口的服务器套接字。

public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
利用指定的 backlog（连接队列的最大长度，队列满时拒绝下一个连接） 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。

public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException
使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器（客户端IP）。

public ServerSocket() throws IOException
创建非绑定服务器套接字。

常用方法

public int getLocalPort()
返回此套接字在其上侦听的端口。

public Socket accept() throws IOException
侦听并接受到此套接字的连接。

public void setSoTimeout(int timeout)
通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。

public void bind(SocketAddress host, int backlog)
将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。

（2）Socket类

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ，而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

Socket提供给了外部两种实例化方式，分别为面向连接的Socket实例，面向非连接的Socket实例。 其核心在于是否调用了本地的connect()方法。

构造方法

public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException.
创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException
创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。

public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。（localAddress：the local address the socket is bound to）

public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。

public Socket()
通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字。

常用方法

public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException
将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。

public InetAddress getInetAddress()
返回套接字连接的地址。

public int getPort()
返回此套接字连接到的远程端口。

public int getLocalPort()
返回此套接字绑定到的本地端口。

public SocketAddress getRemoteSocketAddress()
返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null。

public InputStream getInputStream() throws IOException
返回此套接字的输入流。

public OutputStream getOutputStream() throws IOException
返回此套接字的输出流。

public void close() throws IOException
关闭此套接字。

（3）InetAddress类

static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。

static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)
根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。

static InetAddress getByName(String host)
在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。

String getHostAddress() 
返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。

String getHostName() 
获取此 IP 地址的主机名。

static InetAddress getLocalHost()
返回本地主机。

String toString()
将此 IP 地址转换为 String。

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UDP的socket编程应该是使用DatagramSocket类

之后会和大家分享学习一些与Socket有关类的更加详细的内容