Android网络编程之--Socket编程

作者: 徐爱卿 | 来源:发表于2017-02-28 23:03 被阅读5378次

引言

Android网络编程一直都是我想记录的一篇文章，由于种种原因，一直推迟，终于在在今天开始写了。这是一个好的开始，O(∩_∩)O哈哈~。
网络上有很多关于Android网络编程的文章，我感觉没有一个适当的总结合适我的。所以，今天我决定将Android网络编程的系列文章做一个总结，在这里与大家分享。
这几篇系列文章总的分为两大模块：Socket编程与HTTP编程（关于在Android中的）。今天我们先来看看通过Socket编程实现的服务器与客户端（我们这里是手机端）之间的通信。

这篇文章你能学到什么？

了解网络通信的基本原理
学会最基础的Socket通信原理（万丈高楼平地起）
明白TCP协议与UDP协议的区别与适用场景

网络编程基础

TCP/IP协议

我们先看看从宏观上来看两台机器是如何通信的。
我们通过QQ和服务器进行通信，都需要哪些东西呢？
两台主机进行通信，需要知道双方电脑的的地址（也就是IP地址）；知道两个电脑的地址之后，我们还需要知道我发送到目的电脑的目的软件（使用端口标记）。这样两台电脑连接成功之后就可以进行通信了。
那么这些东西例如：目的地如何规定，发送的数据如何包装，放到哪里？这中间就需要有各种协议。大家都使用这个协议，统一成一个规范，这样符合这个规范的各种设备之间能够进行兼容性的通信。
最为广泛的的协议就是OSI协议和TCP/IP协议了，但是OSI协议较为繁琐，未推广（想了解的自己Google）。反而TCP/IP(transfer control protocol/internet protocol,传输控制协议/网际协议)协议简单明了，得到现今的广泛使用。
TCP/IP准确的说是一组协议，是很多协议的集合，是一组协议集合的简称。来看看：

名称	协议	功能
应用层	HTTP、Telnet、FTP、TFTP	提供应用程序网络接口
传输层	TCP、UDP	建立端到端的连接
网络层	IP	寻址和路由
数据链路层	Ethernet、802.3、PPP	物理介质访问
物理层	接口和电缆	二进制数据流传输

下面以QQ的数据传输为例子：

QQ的数据传输

IP地址、端口

在上节中我们知道端到端的连接提到了几个关键的字眼：IP地址、端口；
IP地址用来标记唯一的计算机位置，端口号用来标记一台电脑中的不同应用程序。
其中IP地址是32为二进制，例如：192.168.0.0.1等等，这个组合方式是一种协议拼起来的，详情Google。
端口号范围是0_{65536，其中0}1023是系统专用，例如：

协议名称	协议功能	默认端口号
HTTP(HypertextTransfer Protocol)超文本传输协议	浏览网页	80
FTP(File TransferProtocol) 文件传输协议	用于网络上传输文件	21
TELNET	远程终端访问	23
POP3(Post OfficeProtocol)	邮局协议版本	110

IP地址和端口号组成了我们的Socket，也就是“套接字”,Socket只是一个API。
Socket原理机制：
通信的两端都有Socket
网络通信其实就是Socket间的通信
数据在两个Socket间通过IO传输

单独的Socke是没用任何作用的,基于一定的协议（比如：TCP、UDP协议）下的socket编程才能使得数据畅通传输，下面我们就开始吧。

基于TCP（传输控制协议）协议的Socket编程

以下将“基于TCP（传输控制协议）协议的Socket编程”简称为TCP编程

既然基于TCP，那么就有着它的一套代码逻辑体系。我们只需要在Socket API的帮助下，使用TCP协议，就可以进行一个完整的TCP编程了。

主要API：
Socket，客户端相关

构造方法
public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException
释义：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（就是用来连接到host主机的port端口的）
方法

|方法名称 | 方法功能|
| ------------- :|-------------:|
|getInputStream()) | 拿到此套接字的输入流，收到的数据就在这里 |
|getOutputStream()| 返回此套接字的输出流。要发送的数据放到这里|

ServerSocket,服务器相关

构造方法
ServerSocket(int port)
释义：创建服务端的监听port端口的套接字
方法
Socket accept() throws IOException侦听并接受到此套接字的连接。此方法在连接传入之前一直阻塞。服务端通过这个方法拿到与客户端建立端到端的连接的socket。

总体流程图示：

Socket通信流程

TCP编程的服务端流程：
1.创建ServerSocket类对象-serverSocket
2.使用serverSocket开始一直阻塞监听，等待客户端发送来数据并且得到socket
3.根据socket的输入流读取客户端的数据，根据socket的输出流返回给客户端数据
4.关闭socket以及IO流
TCP编程的客户端对象
1.创建客户端的socket对象
2.使用客户端的socket对象的输出流发送给服务器数据，使用客户端的socket对象的输入流得到服务端的数据

TCP编程

下面我们使用上面的TCP编程的流程来实现：手机发送信息到服务器，服务器返回给我们数据。

服务端的话，这里使用eclipse。使用Eclipse新建一个Server.java来处理服务器端的逻辑。客户端的话使用AS来新建一个Client.java文件。然后运行服务器，在运行手机上的程序，从手机上发送一段内容到服务器端接收。大概就是这里流程。

手机发送信息到服务器，服务器返回给我们数据

服务器端：

服务器端新建TcpSocketDemo工程

Code：


package com.hui;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {

    public static void main(String[] args) {
     
        try {
            // 为了看流程，我就把所有的代码都放在main函数里了,也没有捕捉异常，直接抛出去了。实际开发中不可取。
            // 1.新建ServerSocket对象，创建指定端口的连接
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12306);
            System.out.println("服务端监听开始了~~~~");
            // 2.进行监听
            Socket socket = serverSocket.accept();// 开始监听9999端口，并接收到此套接字的连接。
            // 3.拿到输入流（客户端发送的信息就在这里）
            InputStream is = socket.getInputStream();
            // 4.解析数据
            InputStreamReader reader = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader bufReader = new BufferedReader(reader);
            String s = null;
            StringBuffer sb = new StringBuffer();
            while ((s = bufReader.readLine()) != null) {
                sb.append(s);
            }
            System.out.println("服务器：" + sb.toString());
            // 关闭输入流
            socket.shutdownInput();

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write(("我是服务端,客户端发给我的数据就是："+sb.toString()).getBytes());
            os.flush();
            // 关闭输出流
            socket.shutdownOutput();
            os.close();

            // 关闭IO资源
            bufReader.close();
            reader.close();
            is.close();

            socket.close();// 关闭socket
            serverSocket.close();// 关闭ServerSocket

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注意：
在使用TCP编程的时候，最后需要释放资源，关闭socket(socket.close())；关闭socket输入输出流（socket.shutdownInput()以及socket.shutdownOutput()）；关闭IO流(is.close() os.close())。需要注意的是：关闭socket的输入输出流需要放在关闭io流之前。因为， **关闭IO流会同时关闭socket，一旦关闭了socket的，就不能再进行socket的相关操作了。而，只关闭socket输入输出流（socket.shutdownInput()以及socket.shutdownOutput()）不会完全关闭socket，此时任然可以进行socket方面的操作。 **所以要先调用socket.shutdownXXX，然后再调用io.close();

客户端：

页面文件没什么好看的。然后就是点击button的时候发送数据，收到数据展示出来。我们这里主要看点击按钮时做的事情。

public void onClick(View view){
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                try {
                    //1.创建监听指定服务器地址以及指定服务器监听的端口号
                    Socket socket = new Socket("111.111.11.11", 12306);//111.111.11.11为我这个本机的IP地址，端口号为12306.
                    //2.拿到客户端的socket对象的输出流发送给服务器数据
                    OutputStream os = socket.getOutputStream();
                    //写入要发送给服务器的数据
                    os.write(et.getText().toString().getBytes());
                    os.flush();
                    socket.shutdownOutput();
                    //拿到socket的输入流，这里存储的是服务器返回的数据
                    InputStream is = socket.getInputStream();
                    //解析服务器返回的数据
                    InputStreamReader reader = new InputStreamReader(is);
                    BufferedReader bufReader = new BufferedReader(reader);
                    String s = null;
                    final StringBuffer sb = new StringBuffer();
                    while((s = bufReader.readLine()) != null){
                        sb.append(s);
                    }
                    runOnUiThread(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            tv.setText(sb.toString());
                        }
                    });
                    //3、关闭IO资源（注：实际开发中需要放到finally中）
                    bufReader.close();
                    reader.close();
                    is.close();
                    os.close();
                    socket.close();
                } catch (UnknownHostException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();

    }

注意！
实际开发中的关闭IO资源需要放到finally中。这里主要是为了先理解TCP编程的socket通信。还有，上面讲过的io.close()需要放到socket.showdownXX()后面。
关于new Socket("111.111.11.11", 12306)，如何查看本机地址，自己百度哦~~~

整体运行结果如下：

TCP的单线程编程

在上图中，我们手机端发送完一个请求后，服务端（Server）拿到数据，解析数据，返回给客户端数据，关闭所有资源，也就是服务器关闭了。这时，如果另一个客户端再想跟服务器进行通信时，发现服务器已经关闭了，无法与服务器再次进行通信。换句话说，只能跟服务器通信一次，服务端只能支持单线程数据处理。也就是说，上面的服务器的代码无法实现多线程编程，只能进行一次通信。
那么如果我们想实现server的多线程数据处理，使得server处理完我这个请求后不会关闭，任然可以处理其他客户端的请求，怎么办呢？

TCP的多线程编程

思路：
在上面例子中，我们执行serversocket.accept()等待客户端去连接，与客户建立完连接后，拿到对应的socket，然后进行相应的处理。那么多个客户端的请求，我们就一直不关闭ServerSocket，一直等待客户端连接，一旦建立连接拿到socket，就可以吧这个socket放到单独的线程中，从而实现这个建立连接的端到端通信的socket在自己单独的线程中处理。这样就能实现Socket的多线程处理。

step1:
创建ServerThread，单独处理拿到的socket，使得客户端到服务器端的这个socket会话在一个单独的线程中。

package com.hui;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class ServerThread extends Thread{

    private Socket socket;

    //在构造中得到要单独会话的socket
    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        InputStreamReader reader = null;
        BufferedReader bufReader = null;
        OutputStream os = null; 
        try {
            reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
            bufReader = new BufferedReader(reader);
            String s = null;
            StringBuffer sb = new StringBuffer();
            while((s = bufReader.readLine()) != null){
                sb.append(s);
            }
            System.out.println("服务器："+sb.toString());
            //关闭输入流
            socket.shutdownInput();
            
            //返回给客户端数据
            os = socket.getOutputStream();
            os.write(("我是服务端,客户端发给我的数据就是："+sb.toString()).getBytes());
            os.flush();
            socket.shutdownOutput();
        } catch (IOException e2) {
            e2.printStackTrace();
        } finally{//关闭IO资源
            if(reader != null){
                try {
                    reader.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            
            if(bufReader != null){
                try {
                    bufReader.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(os != null){
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
         
          
    }
    
}

step2：
创建MultiThreadServer

package com.hui;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class MultiThreadServer {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12306);
            //死循环
            while(true){
                System.out.println("MultiThreadServer~~~监听~~~");
                //accept方法会阻塞，直到有客户端与之建立连接
                Socket socket = serverSocket.accept();
                ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);
                serverThread.start();
            }
            
            
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

下面我使用两个手机，多次进行与服务器的连接，演示如下：
总体结果：

TCP 的多线程通信

单独看两个手机

重要的事情说三遍！万丈高楼平地起！万丈高楼平地起！！万丈高楼平地起！！！只有当我们明白了最底层的，知识才是最牢固的。上面的讲解的是基于TCP协议的socket编程。而我们后来将要讲的HTTP相关的大都是基于TCP/IP协议的。一个TCP/IP协议我们又不能直接使用，Socket可以说是TCP/IP协议的抽象与包装，然后我们就可以做相对于TCP/IP的网络通信与信息传输了。

UDP编程

上面我们讲解了基于TCP协议的Socket编程，现在开始我们就开始讲解基于UDP协议的Socket编程了。
UDP，是User Datagram Protocol，也就是用户数据包协议。关键点在于“数据包”。主要就是把数据进行打包然后丢给目标，而不管目标是否接收到数据。主要的流程就是：发送者打包数据（DatagramPacket）然后通过DatagramSocket发送，接收者收到数据包解开数据。

主要API:
DatagramPacket，用来包装发送的数据
构造方法

发送数据的构造
DatagramPacket(byte[] buf, int length,SocketAddress address)
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。length 参数必须小于等于 buf.length。
接收数据的构造：
public DatagramPacket(byte[] buf, int length)
用来接收长度为 length 的数据包。

DatagramSocket：

构造方法
DatagramSocket()
构造数据报套接字并将其绑定到 本地主机上任何可用的端口 。套接字将被绑定到通配符地址，IP 地址由内核来选择。

DatagramSocket(int port)
创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被绑定到通配符地址，IP 地址由内核来选择。

发送数据
send(DatagramPacket p)
从此套接字发送数据报包。DatagramPacket 包含的信息指示：将要发送的数据、其长度、远程主机的 IP 地址和远程主机的端口号。
接收数据
receive(DatagramPacket p)
从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket 的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。

下面开始代码了

客户端

主要页面与上面的tcp一致，只不过是通讯时的方法改了。如下：

private void udp() {
        byte[] bytes = et.getText().toString().getBytes();
        try {
            /*******************发送数据***********************/
            InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.232.2");
            //1.构造数据包
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, 12306);
            //2.创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
            //3.从此套接字发送数据报包。
            socket.send(packet);
            /*******************接收数据***********************/
        //1.构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。
            final byte[] bytes1 = new byte[1024];
            DatagramPacket receiverPacket = new DatagramPacket(bytes1, bytes1.length);
            socket.receive(receiverPacket);
            runOnUiThread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    tv.setText(new String(bytes1, 0, bytes1.length));
                }
            });

//            socket.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

服务端

UDPServer

package com.hui;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetSocketAddress;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        byte[] buf = new byte[1024];
        // 一：接受数据
        // 1.创建接受数据的数据包
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        // 2.创建UPD 的 socket
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(12306);
        // 3.接收数据
        System.out.println("服务端开始监听！~~~~");
        socket.receive(packet);
        // 4.处理数据
        System.out.println("服务端：" + new String(buf, 0, buf.length));

        // 二：返回数据
        DatagramPacket p = new DatagramPacket(buf, buf.length, packet.getAddress(), packet.getPort());
        socket.send(p);
        socket.close();
    }
}

UDP通信

TCP与UDP区别与使用场景

至此，基于TCP、UDP协议的Socket通信已经讲完了基础部分。那么这两个协议在实际中有什么区别，分别适用于什么场景呢？

TCP

对于TCP的数据传输而言，传输数据之前需要进行三次握手建立稳定的连接。建立连接通道后，数据包会在这个通道中以字节流的形式进行数据的传输。由于建立稳定连接后才开始传输数据，而同时还是以字节流的形式发送数据，所以发送数据速度较慢，但是不会造成数据包丢失。即使数据包丢失了，会进行数据重发。同时，如果收到的数据包顺序错乱，会进行排序纠正。

三次握手？？
这个网络上的解释太多了，想详细了解的自行去百度上Google一下。简单理解的就是这样的：我家是农村的，记得小时后爷爷在田里种地。到了晌午时间，奶奶快烧好饭后我都要去喊爷爷吃饭，因为干农活的地离家里不远不近的，我就跑到隔壁家里的平顶房上喊爷爷吃饭。我先大喊一声“爷爷，回家吃饭啦”。爷爷如果听到我说的话就会给我一个应答“好的！知道了，马上就回去，你们先吃吧！”我只有听到了这句话，才知道爷爷这个时候能听到我说的话，我然后就再次回答爷爷：“好的！那你快点！”这三句话说完，就确定了我能听到爷爷的应答，爷爷也能听到我的回复。这样我就确定我跟爷爷之间的喊话通道是正常的，如果还想对爷爷说什么话，直接说就好了。最后，爷爷听到了我说的话，就不再回复我的话了，然后，拿起锄头回来了。

总结下来，就是面向连接、数据可靠，速度慢，有序的。
适用于需要安全稳定传输数据的场景。例如后面要讲解的HTTP、HTTPS网络协议，FTP文件传输协议以及POP、SMTP邮件传输协议。或者开发交易类、支付类等软件时，都需要基于TCP协议的Socket连接进行安全可靠的数据传输等等

UDP

对于UDP的数据传输而言，UDP不会去建立连接。它不管目的地是否存在，直接将数据发送给目的地，同时不会过问发送的数据是否丢失，到达的数据是否顺序错乱。如果你想处理这些问题的话，需要自己在应用层自行处理。
总结下来，不面向连接、数据不可靠、速度快、无序的。
适用于需要实时性较高不较为关注数据结果的场景，例如：打电话、视频会议、广播电台，等。

^_，最后的最后，欢迎拍砖。家里要盖房子了，上海的房价伤不起~~~~

网友评论

大风封: 你好：
我也实现了一个相同的 c s，但是client端如果没有 shutdownOutput，service端会一直处于br.readLine()等待状态
8598bf4e0765:权限的配置没写进去，比较遗憾
徐爱卿:@拉小头嗯嗯这两天就上传代码
8598bf4e0765:@徐爱卿如果在结尾能贴上github的地址就更好了
徐爱卿:@拉小头
大鴈:谢谢，浅显易懂，感觉赢得了全世界。
徐爱卿:@大鴈哈哈客气客气
ada572ea42e9:还算写的可以！
徐爱卿:@Eddie_ 谢谢
quyang:你好，socket.shutdownOutput();只是表示停止给服务端输出数据，并不断开长链接吗
徐爱卿:@quyang 你好，对于socket.shutdownoutput而言只是关闭了输出流，socket连接没有断掉。如果你直接关闭流会导致socket关闭。
挡不住的柳Willow:小白发问：
请问是否要先将本机配置为服务器再将本机IP地址输入到Socket构造函数中？
服务器端和客户端代码写在一台电脑上吗？
如果是云服务器应该怎么操作呢？
求解谢谢！
挡不住的柳Willow:@徐爱卿好的多谢指点
徐爱卿:@挡不住的柳Willow by the way,大型的app关键性数据都是自己封装socket的，当你对socket有所了解后看项目的网络层容易多了
徐爱卿:@挡不住的柳Willow 你好，我这里使用本机搭建了一个简易服务器，服务器地址就是本机IP,本篇文章侧重于app端，主要是分享下TCP编程的基础知识与思路。万丈高楼平地起，当我们看到冰山一角时，也就明白冰山还是起源于冰。
霁雪清虹:可以，基础扎实
徐爱卿: @霁雪清虹谢谢
汪简书:回家吃饭的栗子太形象了🤗🤗🤗
徐爱卿:@然而喵星人早已看穿了一切这是真的爷爷工作了一辈子到现在还不歇着不能比啊
952ae17f7ee0:写得不错！
月光的云海_449e:真的是太感谢你了你的文章解决了我在socket通信中三天弄不明白的东西 shutdownOutput(); 皆因这个方法没加你的文章对小白太有帮助了
徐爱卿: @月光的云海_449e 也谢谢你😄
d16ae6f9497e:可以可以，不过有个问题，客户端每次发送一条消息就需要开启一个新的线程吗？这样是不是太耗费资源了？就算使用线程池，但是也会重复创建Runnable对象。请问一下，你这里有没有方案呢？
徐爱卿:@且让天下 😀不太明白，我这边每次创建一个线程是服务端针对每一个单独的客户端建立一条单独的通道进行Socket处理。你说的只要建立一个线程指的是在服务端创建一个还是在客户端呢？如果是在服务端创建单独的一条的话，如果有多终端连接服务端就没办法处理了；如果是在客户端创建单独的一条线程的话没问题啊。
d16ae6f9497e: @徐爱卿最近我也写了一个socket的demo,发现每发一条消息不用每次都创建一个新的线程，只需要在第一次创建子线程建立连接成功后，通过socket.getoutputstream和getoutputstream获取输入输出流后，就可以重复使用这两个流，进行与服务器间的读和写，而不用每次新建线程重新获取这两个流。不知道我说明白没有😁😁
徐爱卿:谢谢您的评价！肯定是要使用线程池的，至于你说的解决方案，指的是线程池的优化还是其他？如果说不使用线程池来解决，我还不知道如何解决。
aedce6c8d5a9:你好，我的都按你的例子做了，怎么不行呢？是不是app还需要联网权限？谢了。
aedce6c8d5a9: 客气了，这个是我的问题我自己没学好，谢谢了。
徐爱卿: @没对象new一个 app肯定需要联网权限的，这个。忘记写了，不好意思😄
徐爱卿: @没对象new一个你好:)不行是什么意思啊？
0ae651a8854e:很好，适合初学者
徐爱卿: @静默根系谢谢😄
0445981d6022:可以可以，很基础