Socket通信机制（学习总结）

Posted 2020-07-31 Yienfong_Chueng

一、什么是Socket：
1、Socket是两个程序进行双向数据传输的网络通信的端点，由一个地址和一个端口来标识。
2、两种通信方式：有连接方式TCP、无连接方式UDP（用户数据报协议）。

二、有连接方式TCP
1、通信双方在开始时必须进行一次连接过程（三次握手），建立一条通信链路。通信链路提供了可靠的，全双工的字节流服务。
Socket是两个进程间通信链的端点，每个socket有两个流：一个输入流和输出流；其中：
（1）只要向Socket的输出流写，一个进程就可以通过网络连接向其他进程发送数据；
（2）通过读Socket的输入流，就可以读取传输来的数据。
2、基于TCP协议进行通信
（1）服务器端步骤：

• 创建ServerSocket对象，绑定监听端口，并监听。
• 通过accept（）方法监听客户端的请求。
• 连接建立后，通过输入流（InputStream）读取客户端发送到请求信息
• 通过输出流（OutputStream）向客户端发送响应信息。
• 关闭相关资源

（2）客户端步骤：

• 创建Socket对象，知名需要连接的服务器端的地址和端口号
• 连接建立后，通过输出流OutputStream向服务器端发送请求信息。
• 通过输入流InputStream获取服务器端响应的信息。
• 关闭相关资源

多个客户端与服务器通信例子：

服务器线程处理类

//省略导入的包展示
//服务器线程处理类
public class ServerThread extends Thread{
    //和本线程相关的socket
    Socket socket=null;
    public ServerThread(Socket socket){
        this.socket=socket;
    }
    //线程执行的操作，响应客户端的请求
    public void run(){
        InputStream is=null;
        InputStreamReader isr=null;
        BufferedReader br=null;
        OutputStream os=null;
        PrintWriter pw=null;
        try {
            //获取输入流，并读取客户端信息
            is=socket.getInputStream();//字节流
            //将字节流包装为字符流
            isr=new InputStreamReader(is);
            //为字符流添加缓冲
            br=new BufferedReader(isr);
            String info=null;
            //循环读取客户端的信息
            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

            //获取输出流，响应客户端的请求
            os=socket.getOutputStream();
            pw=new PrintWriter(os);//将字节流包装为打印流
            pw.write("客户端，欢迎您！");
            pw.flush();//调用flush()方法将缓冲输出
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            try {
                if(pw!=null)
                    pw.close();
                if(os!=null)
                    os.close();
                if(br!=null)
                    br.close();
                if(isr!=null)
                    isr.close();
                if(is!=null)
                    is.close();
                if(socket!=null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {               
                e.printStackTrace();
            }           
        }
    }
}

服务器端代码

public class TCPServer {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //创建一个服务器端ServerSocket，指定绑定端口，并监听
            ServerSocket server=new ServerSocket(8866);
            Socket socket=null;
            //记录客户端的数量
            int count=0;
            System.out.println("####服务器即将启动，等待客户端的连接####");
            //循环监听等待客户端的连接
            while(true){
                //调用accept()方法开始监听。等待客户端的连接
                socket=server.accept();
                //创建一个新的线程
                ServerThread serverThread=new ServerThread(socket);
                serverThread.start();//启动线程
                count++;//统计客户端的数量
                System.out.println("客户端的数量："+count);
                InetAddress address=socket.getInetAddress();
                System.out.println("当前客户端的IP："+address.getHostAddress());
            }           
        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();
        }

    }

}

客户端代码：

public class TCPClient {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
            Socket socket=new Socket("localhost",8866);
            //2.获取输出流，向服务器端发送信息
            OutputStream os=socket.getOutputStream();//字节输出流            
            //将输出流包装为打印流
            PrintWriter pw=new PrintWriter(os);
            pw.write("用户名：fyz；密码：111222");
            pw.flush();
            socket.shutdownOutput();//关闭输出流
            //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();
        } catch (Exception e) {         
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

显示结果：

三、无连接方式UDP（用户数据报协议）
1、通信双方不存在一个连接过程，一次网络I/O以一个数据包形式进行，而且每次网络I/O可以和不同主机的不同进程进行。 无连接方式开销小于有连接方式，但是无连接方式所提供的数据传输服务不可靠，不能保证数据报一定达到目的地。
2、DatagramSocket对象用来表示数据报通信的端点，应用程序通过该Socket接收或发送数据报，然后使用DatagramPacket对象封装数据报。
DatagramSocket类：

DatagramPacket类：
此对象封装了数据报（数据）、数据长度、数据报地址等信息。
用途：

• 接收外来数据的数据报（创建Socket的receive()方法）
  DatagramPacket(byte[] buf, int length)
  构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。
  DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)
  构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的包，在缓冲区中指定了偏移量。
• 要向外发送到数据报（调用send()方法）
  DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
  构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
  DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)
  构造数据报包，用来将长度为 length 偏移量为 offset 的包发送到指定主机上的指定端口号。

一个客户端与服务器端通信例子

服务器端：

/*
 * 服务器端，实现基于UDP的用户登陆
 */
public class UDPServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /*
         * 接收客户端发送的数据
         */
        //1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
        DatagramSocket socket=new DatagramSocket(8800);
        //2.创建数据报，用于接收客户端发送的数据
        byte[] data=new byte[1024];//创建字节数组，指定接收的数据包的大小
        DatagramPacket packet=new DatagramPacket(data,data.length); 
        //3.接收客户端发送的数据
        System.out.println("****服务器端已经启动，等待客户端发送数据****");
        socket.receive(packet);//此方法在接收到数据报之前会一直阻塞

        //4.读取数据
        String info=new String(data,0,packet.getLength());
        System.out.println("我是服务器，客户端说："+info);
        /*
         * 向客户端响应数据
         */
        //1.定义客户端的地址、端口号、数据
        InetAddress address=packet.getAddress();
        int port=packet.getPort();
        byte[] data2="欢迎您！".getBytes();
        //2.创建数据报，包含响应的数据信息
        DatagramPacket packet2=new DatagramPacket(data2,data2.length,address,port);

        //3.响应客户端
        socket.send(packet2);
        //4.关闭资源
        socket.close();

    }

}

客户端：

/*
 * 客户端
 */
public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /*
         * 向服务器端发送数据
         */
        //1.定义服务器的地址、端口号、数据
        InetAddress address=InetAddress.getByName("localhost");
        int port=8800;
        byte[] data="用户名：admin；密码：123".getBytes();
        //2.创建数据报，包含发送的数据信息
        DatagramPacket packet=new DatagramPacket(data,data.length,address,port);

        //3.创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket socket=new DatagramSocket();//与本机任意可用的端口绑定
        //4.向服务器端发送数据报
        socket.send(packet);
        /*
         * 接收服务器端响应的数据
         */
        //1.创建数据报，用于接收服务器端响应的数据
        byte[] data2=new byte[1024];
        DatagramPacket packet2=new DatagramPacket(data2,data2.length);
        //2.接收服务器响应的数据
        socket.receive(packet2);
        //3.读取数据
        String reply=new String(data2,0,packet2.getLength());
        System.out.println("我是客户端，服务器说："+reply);
        //4.关闭资源
        socket.close();
    }
}

显示结果：

基于数据报的多播通信

/*
 * 服务器端，基于UDP
 */
public class UDPServer {
    DatagramSocket socket=null;
    BufferedReader br=null;
    boolean moreQuotes=true;
    public void serverWork() throws IOException{        
        //创建数据包
        socket=new DatagramSocket(4445);        
        while(moreQuotes){
            //构造发往多播组的数据报并发送
            byte[] data="欢迎大家！".getBytes();
            DatagramPacket packet;          
            InetAddress addrgroup=InetAddress.getByName("228.5.6.7");
            packet=new DatagramPacket(data,data.length,addrgroup,4446);
            socket.send(packet);
            try {
                Thread.sleep(5000);//间隔5秒钟
            } catch (InterruptedException e) {              
                e.printStackTrace();
            }
            //moreQuotes=false;
        }   
        //所有句子发送完毕，关闭socket
        //socket.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPServer server=new UDPServer();
        try {
            server.serverWork();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

/*
 * 客户端
 */
public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建多播数据报，并加入到一个多播组
        MulticastSocket socket=new MulticastSocket(4446);
        //目的主机地址组
        InetAddress group=InetAddress.getByName("228.5.6.7");
        //创建MulticastSocket并绑定4446端口，并加入到228.5.6.7多播组中
        socket.joinGroup(group);        
        /*
         * 接收服务器端响应的数据
         */
        //创建数据报，用于接收服务器端响应的数据
        DatagramPacket packet;
        for(int i=0;i<5;i++){
            byte[] data=new byte[1024];
            packet=new DatagramPacket(data,data.length);
            //接收服务器响应的数据
            socket.receive(packet);
             String received=new String(packet.getData());
             System.out.println("服务器广播给客户端的数据是："+received);
        }
        socket.leaveGroup(group);//离开多播组
        //4.关闭资源
        socket.close();
    }
}

显示结果：