Socket

写在前面的话

最近准备深入学习Java，所以又把Socket学了了一遍。一边看着IMOOC的学习视频（Java Socket应用---通信是这样练成的），一边做着笔记，一边敲着代码，很爽。你也可以试一试。

网络基础知识

1、两台计算机间进行通讯需要以下三个条件：

IP地址、协议、端口号

2、TCP/IP协议

是目前世界上应用最为广泛的协议，是以TCP和IP为基础的不同层次上多个协议的集合，也成TCP/IP协议族、或TCP/IP协议栈

TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议

IP：Internet Protocol 互联网协议

3、TCP/IP五层模型

应用层：HTTP、FTP、SMTP、Telnet等

传输层：TCP/IP

网络层：（通信）

数据链路层：(数据字节封装)

物理层：网线、双绞线、网卡等

4、IP地址

为实现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——IP地址。
IPV4：32位二进制

5、端口

区分一台主机的多个不同应用程序，端口号范围为0-65535，其中0-1023位为系统保留。

如：HTTP：80 / FTP：21 / Telnet：23

IP地址+端口号组成了所谓的Socket，Socket是网络上运行的程序之间双向通信链路的终结点，是TCP和UDP的基础

6、Socket套接字：

网络上具有唯一标识的IP地址和端口组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。

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

7、Java中的网络支持

针对网络通信的不同层次，Java提供了不同的API，其提供的网络功能有四大类：

InetAddress：用于标识网络上的硬件资源，主要是IP地址

URL：统一资源定位符，通过URL可以直接读取或写入网络上的数据

Sockets：使用TCP协议实现的网络通信Socket相关的类

Datagram：使用UDP协议，将数据保存在用户数据报中，通过网络进行通信。

二、InetAddress

InetAddress类用于标识网络上的硬件资源，标识互联网协议(IP)地址。

try {
    InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
    System.out.println("计算机名：" + inetAddress.getHostName());
    System.out.println("IP：" + inetAddress.getHostAddress());
    byte[] bytes = inetAddress.getAddress(); // 获取字节数组形式的IP地址
    System.out.println("字节数组形式的IP：" + Arrays.toString(bytes));
    System.out.println(inetAddress); // 直接输出InetAddress对象

    System.out.println("---------------------------");

    // 根据主机名获取InetAddress实例
    // InetAddress addressByName = InetAddress.getByName("byxy");
    // InetAddress addressByName = InetAddress.getByName("192.168.0.105");
    byte[] ip = {-64, -88, 0, -56};
    InetAddress addressByName = InetAddress.getByAddress(ip);
    System.out.println("计算机名：" + addressByName.getHostName());
    System.out.println("IP：" + addressByName.getHostAddress());


} catch (UnknownHostException e) {
    e.printStackTrace();
}

URL类

1、URL API

String baseUrl = "https://fengwenyi.com";
try {
    URL fengwenyi = new URL(baseUrl);
    URL url = new URL(fengwenyi, "/article.html?id=18");
    System.out.println("协议：" + url.getProtocol());
    System.out.println("主机：" + url.getHost());
    System.out.println("端口：" + url.getPort()); // -1
    /*
    public int getPort()获取此 URL的端口号。
    结果
    端口号，如果端口未设置，则为-1
    */
    System.out.println("文件路径：" + url.getPath());
    System.out.println("文件名：" + url.getFile());
    System.out.println("相对路径：" + url.getRef());
    System.out.println("查询字符串：" + url.getQuery());
} catch (MalformedURLException e) {
    e.printStackTrace();
}

url.png

2、使用URL读取网页内容

通过URL对象的openStream()方法可以得到指定资源的输入流，通过流能够读取或访问网页上的资源

// 使用url 读取网页内容
String baseUrl = "https://fengwenyi.com";
try {
    // url
    URL url = new URL(baseUrl);
    // 字节输入流
    InputStream inputStream = url.openStream();
    // 转为字符输入流
    // InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
    InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream, "UTF-8");
    // 缓冲
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
    // 读取
    String data = bufferedReader.readLine();
    while (data != null) {
        System.out.println(data); // 当前行
        data = bufferedReader.readLine(); // 一行
    }
    // 关闭资源
    bufferedReader.close();
    inputStreamReader.close();
    inputStream.close();
} catch (MalformedURLException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

url-读取网页内容.png

四、TCP编程

1、TCP协议是面向连接的、可靠的、有序的、以字节流的方式发送数据，通过三次握手方式建立连接，形成传输数据的通道，在连接中进行大量数据的传输，效率会稍低

2、Java中基于TCP协议实现网络通信的类

客户端的Socket类

服务器端的ServerSocket类

image

3、Socket通信的步骤

① 创建ServerSocket和Socket

② 打开连接到Socket的输入/输出流

③ 按照协议对Socket进行读/写操作

④ 关闭输入输出流、关闭Socket

4、服务器端：

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

try {
    // 创建服务端socket
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9001);
    // 监听
    System.out.println("******服务端即将启动*********");
    Socket socket = serverSocket.accept();
    // 获取数据
    InputStream inputStream = socket.getInputStream(); // 字节输入流
    InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream); // 字符流
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader); // 缓冲
    String info = null;
    while ((info = bufferedReader.readLine()) != null) {
        System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
    }

    socket.shutdownInput();

    // 给客户端响应
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
    printWriter.write("登录成功，欢迎你");
    printWriter.flush();

    socket.shutdownOutput();

    // 关闭
    printWriter.close();
    outputStream.close();
    bufferedReader.close();
    inputStreamReader.close();
    inputStream.close();
    serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

5、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

try {
    // 客户端socket
    Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9001);
    // 发送信息
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); // 字节输出流
    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); // 打印流
    printWriter.write("用户名：admin；密码：admin");
    printWriter.flush();

    socket.shutdownOutput();

    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
    String data = null;
    while ((data = bufferedReader.readLine()) != null) {
        System.out.println("我是客户端，服务器说：" + data);
    }

    socket.shutdownInput();

    // 关闭资源
    bufferedReader.close();
    inputStream.close();
    printWriter.close();
    outputStream.close();
    socket.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

测试：

服务器

tcp-1-server.png

客户端

tcp-2client.png

6、应用多线程实现服务器与多客户端之间的通信

① 服务器端创建ServerSocket，循环调用accept()等待客户端连接

② 客户端创建一个socket并请求和服务器端连接

③ 服务器端接受苦读段请求，创建socket与该客户建立专线连接

④ 建立连接的两个socket在一个单独的线程上对话

⑤ 服务器端继续等待新的连接

ServerThread

package com.fengwenyi.demo.socket.tcp.thread.server;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Wenyi Feng
 */
public class ServerThread extends  Thread {

    // socket
    Socket socket = null;

    public ServerThread (Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    // 操作
    @Override
    public void run() {
        super.run();

        InputStream inputStream = null;
        InputStreamReader inputStreamReader = null;
        BufferedReader bufferedReader = null;
        OutputStream outputStream = null;
        PrintWriter printWriter = null;

        try {
            inputStream = socket.getInputStream(); // 字节输入流
            inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream); // 字符流
            bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader); // 缓冲
            String info = null;
            while ((info = bufferedReader.readLine()) != null) {
                System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
            }

            socket.shutdownInput();

            // 给客户端响应
            outputStream = socket.getOutputStream();
            printWriter = new PrintWriter(outputStream);
            printWriter.write("登录成功，欢迎你");
            printWriter.flush();

            socket.shutdownOutput();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 关闭
            try {
                if (printWriter != null)
                    printWriter.close();
                if (outputStream != null)
                    outputStream.close();
                if (bufferedReader != null)
                    bufferedReader.close();
                if (inputStreamReader != null)
                    inputStreamReader.close();
                if (inputStream != null)
                    inputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

Server

final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
try {
    // 创建服务端socket
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9001);
    // 监听
    System.out.println("******服务端即将启动*********");
    Socket socket = null;
    while (true) {
        socket = serverSocket.accept();
        ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);
        serverThread.start();
        count.getAndIncrement();
        System.out.println("客户端数量：" + count);
        InetAddress inetAddress = socket.getInetAddress();
        System.out.println("当前客户端IP：" + inetAddress.getHostAddress());
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Client

try {
    // 客户端socket
    Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9001);
    // 发送信息
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); // 字节输出流
    PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); // 打印流
    printWriter.write("用户名：admin；密码：admin");
    printWriter.flush();

    socket.shutdownOutput();

    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
    String data = null;
    while ((data = bufferedReader.readLine()) != null) {
        System.out.println("我是客户端，服务器说：" + data);
    }

    socket.shutdownInput();

    // 关闭资源
    bufferedReader.close();
    inputStream.close();
    printWriter.close();
    outputStream.close();
    socket.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

测试：

tcp-3-thread.png

UDP编程

UDP协议（用户数据报协议）是无连接的、不可靠的、无序的，速度快

进行数据传输时，首先将要传输的数据定义成数据报（Datagram），大小限制在64k，在数据报中指明数据索要达到的Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去

DatagramPacket类：表示数据报包

DatagramSocket类：进行端到端通信的类

1、服务器端实现步骤

① 创建DatagramSocket，指定端口号

② 创建DatagramPacket

③ 接受客户端发送的数据信息

④ 读取数据

try {
    /**
     * 接收数据
     */
    // 1、创建服务器端DatagramSocket，指定端口
    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(9002);
    // 2、创建数据报，用于接收客户端发送的数据
    byte[] data = new byte[1024]; // 创建字节数据，指定接收数据报的大小
    DatagramPacket datagramPacket = 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");
    datagramSocket.receive(datagramPacket); // 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, datagramPacket.getLength());
    System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);

    /**
     * 响应
     */
    // 1、定义客户端的地址、端口号、数据
    InetAddress inetAddress = datagramPacket.getAddress();
    int port = datagramPacket.getPort();
    byte[] data2 = "登录成功，欢迎你".getBytes();
    // 2、创建数据报
    DatagramPacket datagramPacket2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, inetAddress, port);
    // 3、响应客户端
    datagramSocket.send(datagramPacket2);
    // 4、关闭资源
    datagramSocket.close();

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

2、客户端实现步骤

① 定义发送信息

② 创建DatagramPacket，包含将要发送的信息

③ 创建DatagramSocket

④ 发送数据

try {
    /**
     * 发送数据
     */
    // 1、定义服务器的地址、端口号、数据
    InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("localhost");
    int port = 9002;
    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 datagramPacket = new DatagramPacket(data, data.length, inetAddress, port);
    // 3、创建DatagramSocket对象
    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
    // 4、想服务器端发送数据报
    datagramSocket.send(datagramPacket);

    /**
     * 接收数据
     */
    // 1、接收响应的信息
    byte[] data2 = new byte[1024];
    DatagramPacket datagramPacket2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
    // 2、接收服务器端数据
    datagramSocket.receive(datagramPacket2);
    // 3、读取数据
    String reply = new String(data2, 0, datagramPacket2.getLength());
    System.out.println("我是客户端，服务器端说：" + reply);
    // 4、关闭资源
    datagramSocket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (SocketException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

测试：

udp-server.png udp-client.png udp-server-data.png

注意问题：

1、多线程的优先级问题：

根据实际的经验，适当的降低优先级，否侧可能会有程序运行效率低的情况

2、是否关闭输出流和输入流：

对于同一个socket，如果关闭了输出流，则与该输出流关联的socket也会被关闭，所以一般不用关闭流，直接关闭socket即可

3、使用TCP通信传输对象，IO中序列化部分

4、socket编程传递文件，IO流部分

资料

1、代码：socket-demo

2、视频资料：Java Socket应用---通信是这样练成的