Java开发之Socket编程详解

Posted 2020-06-13

本文从3个方面对Socket编程进行详解：

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一，网络编程中两个主要的问题

二，两类传输协议：TCP；UDP

三，基于Socket的java网络编程

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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。

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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。

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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。