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java网络编程(2)socket编程案例(TCP和UDP)

java网络编程(2)socket编程案例(TCP和UDP)

作者: 愚公要移山 | 来源:发表于2019-07-22 15:30 被阅读14次

    java生下来一开始就是为了计算机之间的通信,因此这篇文章也将开始介绍一下java使用socket进行计算机之间的通信,在上一篇文章中已经对网络通信方面的基础知识进行了总结,这篇文章将通过代码案例来解释说明。

    一、网络编程基础

    因为java网络编程这块是从基础开始讲解的,所以知识点也是由浅入深,因此还是有必要对一些基础的知识进行回顾和掌握,如果你是大神,不喜勿喷。

    1、两台计算机之间的通信

    两台计算机如何实现通信呢?人类交流是通过定义一定的语言,计算机也是,他们之间必须要有相应的协议才可以。

    1-计算机通信.png

    也就是说,两台计算机要想通信必须要遵循一定的规则协议。通信流程基本上就是,一台计算机上的一个端口号数据,然后通过协议发送到另外一台计算机上的同一个端口号。这里面有三个重要的部分需要我们去理解一下,当然不会细讲,因为在上一篇文章中已经提出。

    (1)TCP/IP协议

    (2)IP地址

    (3)端口

    我们先讲一下TCP/IP模型。

    2、TCP/IP模型

    TCP/IP模型就是上面的协议,它定义了一些规则来用于计算机之间的通信,同时也是世界上应用最为广泛的协议。这个协议模型建立在TCP和IP协议上面(从名字也可以看出来)。

    2-TCPIP模型.png

    从上图我们可以看到TCP/IP其实是处于传输层的,也就是我们的协议核心所在,TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。

    3、IP地址

    为了实现两个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,就是中国公民每一个人都有一个惟一的身份证号码一样。

    4、端口

    我们知道一台计算机其实是可以跑很多个程序的,那么我们的程序怎么就能准确无误的到达另外一个程序呢?这其实就是使用了端口号来区分不同的应用程序。

    3-端口号.png

    端口号的范围也很大0到65535。其中0到1023是保留的,也就是我们不能用的。那我们的今天所讲的socket是如何组成的呢?其实就是由IP地址和端口号组成的。

    二、socket通信

    在上面其实我们对通讯需要掌握的一些基础知识进行了分析,这里我们开始使用java语言来演示一下这个过程。

    socket通信其实是有两种方式:TCP和UDP过程。

    (1)TCP是可靠地面向连接的通信过程,含有三次握手四次挥手的机制。

    (2)UDP是不可靠的无连接的通信过程,客户端只管发,不管服务端有没有接受到。

    那这两种通信方式的基本模型是什么呢?我们使用一张图来看一下:

    4-socket通信过程.png

    从上图我们可以看到,Socket实现的步骤大体包含一下几个步骤:

    (1)创建Server和client的ServerSocket和Socket。

    (2)打开链接到Socket的输入输出流

    (3)按照协议对Socket进行读取操作

    (4)关闭输入输出流、关闭Socket。

    下面我们就直接来看例子,然后再来分析这个例子:
    1、基于TCP的socket通信

    我们拿男孩做客户端,女孩因为有很多人追求,所以做服务端,一个服务端可被多个男孩客户端请求表白。我们这里先看女孩服务端的具体步骤:

    (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的数据

    (4)通过输出流,向客户端回应信息

    OK,基本的步骤就是这,我们就看一下代码。

    public class Server {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 端口号
            int port = 8888;
            // 保留客户端发来的信息
            String info=null;
            // 1、创建ServerSocket并监听指定的端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            // 2、使用accept监听来自客户端的连接
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //3、获取输入流,读取客户端信息(将字节流转化为字符流),并保存在缓冲区中
            InputStreamReader is=new InputStreamReader(socket.getInputStream());
            BufferedReader br=new BufferedReader(is);
            while ((info=br.readLine())!=null) {
                System.out.println("女孩收到了男孩的来信,内容是:"+info);
            }
            socket.shutdownInput();//关闭输入流
            //4、通过输出流回应客户端
            PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            os.write("我同意你的请求");
            os.flush();//将缓冲区输出
            socket.shutdownOutput();
            //5、关闭资源
            is.close();
            os.close();
            br.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        }
    }
    

    具体的步骤已经很清晰了,我们再来看看男孩客户端的步骤:

    (1)创建Socket并指定端口

    (2)通过输出流向服务端发送一个请求

    (3)等待服务端的回应 获取输入流,读取客户端信息(将字节流转化为字符流),并保存在缓冲区中

    (4)关闭资源

    下面同样使用java代码来演示一下。

    public class Client {
        public static void main(String[] args) {    
            try {
                //1、创建Socket并指定端口
                Socket socket = new Socket("localhost",8888);
                //2、向服务端发送一个请求
                PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
                System.out.println("男孩要向女孩表白,消息是:我是张三客户端,做我女朋友可好");
                os.write("我是张三客户端,做我女朋友可好");
                os.flush();//将缓冲区输出
                socket.shutdownOutput();
                //3、等待服务端的回应 获取输入流,读取客户端信息(将字节流转化为字符流),并保存在缓冲区中
                InputStreamReader is=new InputStreamReader(socket.getInputStream());
                BufferedReader br=new BufferedReader(is);
                String info=null;
                while ((info=br.readLine())!=null) {
                    System.out.println("男孩焦急等待收到了女孩的回应是:"+info);
                }
                socket.shutdownInput();//关闭输入流
                //4、关闭资源
                os.close();
                is.close();
                br.close();
                socket.close();
            } catch (UnknownHostException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    

    这就是男孩追求女孩的代码示例,说起来也很简单。如果我们之前学习过socket编程,可能上述的这些代码难不倒我们,不过如果从基础开始入门学习,还是有必要对其两个类进行说明一下。高手可跳过:

    第一个:Socket

    当我们想要在Java中使用TCP/IP通过网络连接到服务器时,就需要创建Socket对象并连接到服务器。在服务端的Socket对应着连接的一个个客户端。

    第二个:ServerSocket

    用ServerSocket实现java服务通过TCP/IP监听客户端连接,他只存在于服务端。

    2、基于UDP的Socket通信

    UDP的通信模式其实是无连接的不可靠的通信协议,举个例子,花心男孩向女孩表白,就给女孩写了一封情书,然后不管女孩有没有收到情书,自己继续向其他女孩表白。我们这里还是以女孩为服务端。

    我们首先来看一下服务端的步骤:

    接收客户端发送的数据

    (1)创建服务器端DatagramSocket指定端口

    (2)创建数据报DatagramPacket,接收客户端发送的数据

    (3)接收客户端发送的数据

    (4)读取数据

    向客户端响应数据

    (1)定义客户端的地址、端口号、数据

    (2)创建数据报,包含响应的数据信息

    (3)响应客户端

    (4)关闭资源

    具体代码来演示一下。

    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("女孩收到了男孩的信息:"+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="我不同意,你个渣男".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();
        }
    }
    

    然后再来看一下客户端的请求:

    向服务器端发送数据

    (1)定义服务器的地址、端口号、数据

    (2)创建数据报,包含发送的数据信息

    (3)创建DatagramSocket对象

    (4)向服务器端发送数据报

    接收服务器端响应的数据

    (1)创建数据报DatagramPacket,用于接收服务器端响应的数据

    (2)接收服务器响应的数据

    (3)读取数据

    (4)关闭资源

    我们再使用java语言来演示一下客户端代码

    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="我是花心男,我要和你做男女朋友".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();
            //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("我是花心男,女孩给我回复了:"+reply);
            //4.关闭资源
            socket.close();
        }
    }
    

    OK,以上就是socket通信的两种基本方式,这里只是给出了一个最最简单的例子演示,这也是最基础的代码,后续文章会继续加深难度。我们现在来总结一下这个Socket通信

    从上面我们可以看到Java提供了非常易用的网络API,调用这些API我们可以很方便的通过建立TCP/IP或UDP套接字,在网络之间进行相互通信,但是其中TCP要比UDP更加常用。但是在一些场景下面。使用无连接的UDP要优于TCP。

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