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Java從零開始學四十五(Socket編程基礎)

2019-11-14 23:53:01
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供稿:網友
java從零開始學四十五(Socket編程基礎)一、網絡編程中兩個主要的問題

一個是如何準確的定位網絡上一臺或多臺主機,另一個就是找到主機后如何可靠高效的進行數據傳輸。

在TCP/ip協議中IP層主要負責網絡主機的定位,數據傳輸的路由,由IP地址可以唯一地確定Internet上的一臺主機。

而TCP層則提供面向應用的可靠(tcp)的或非可靠(UDP)的數據傳輸機制,這是網絡編程的主要對象,一般不需要關心IP層是如何處理數據的。

目前較為流行的網絡編程模型是客戶機/服務器(C/S)結構。即通信雙方一方作為服務器等待客戶提出請求并予以響應。客戶則在需要服務時向服務器提出申請。服務器一般作為守護進程始終運行,監聽網絡端口,一旦有客戶請求,就會啟動一個服務進程來響應該客戶,同時自己繼續監聽服務端口,使后來的客戶也能及時得到服務

二、兩類傳輸協議:TCPUDP

TCPTranfer Control PRotocol的簡稱,是一種面向連接的保證可靠傳輸的協議。通過TCP協議傳輸,得到的是一個順序的無差錯的數據流。發送方和接收方的成對的兩個socket之間必須建立連接,以便在TCP協議的基礎上進行通信,當一個socket(通常都是server socket)等待建立連接時,另一個socket可以要求進行連接,一旦這兩個socket連接起來,它們就可以進行雙向數據傳輸,雙方都可以進行發送或接收操作。

  UDPUser Datagram Protocol的簡稱,是一種無連接的協議,每個數據報都是一個獨立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在網絡上以任何可能的路徑傳往目的地,因此能否到達目的地,到達目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的。

  

  TCP和UDP的區別:

  UDP

    1、每個數據報中都給出了完整的地址信息,因此無需要建立發送方和接收方的連接。

    2、UDP傳輸數據時是大小限制的,每個被傳輸的數據報必須限定在64KB之內

3、UDP是一個不可靠的協議,發送方所發送的數據報并不一定以相同的次序到達接收方

  TCP

    1、面向連接的協議,在socket之間進行數據傳輸之前必然要建立連接,所以在TCP中需要連接時間。

    2、TCP傳輸數據大小限制,一旦連接建立起來,雙方的socket就可以按統一的格式傳輸大的數據。

3,TCP是一個可靠的協議,它確保接收方完全正確地獲取發送方所發送的全部數據。

  應用:

  1,TCP在網絡通信上有極強的生命力,例如遠程連接(Telnet)和文件傳輸(FTP)都需要不定長度的數據被可靠地傳輸。但是可靠的傳輸是要付出代價的,對數據內容正確性的檢驗必然占用計算機的處理時間和網絡的帶寬,因此TCP傳輸的效率不如UDP

  2,UDP操作簡單,而且僅需要較少的監護,因此通常用于局域網高可靠性的分散系統中client/server應用程序。例如視頻會議系統,并不要求音頻視頻數據絕對的正確,只要保證連貫性就可以了,這種情況下顯然使用UDP會更合理一些。

三、基于Socket的java網絡編程1、什么是Socket

網絡上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現數據的交換,這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。Socket通常用來實現客戶方和服務方的連接。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程界面,一個Socket由一個IP地址和一個端口號唯一確定。

但是,Socket所支持的協議種類也不光TCP/IP一種,因此兩者之間是沒有必然聯系的。在Java環境下,Socket編程主要是指基于TCP/IP協議的網絡編程。

2、Socket通訊的過程

Server端Listen(監聽)某個端口是否有連接請求,Client端向Server端發出Connect(連接)請求,Server端向Client端發回Accept(接受)消息。一個連接就建立起來了。Server端和Client端都可以通過Send,Write等方法與對方通信。

對于一個功能齊全的Socket,都要包含以下基本結構,其工作過程包含以下四個基本的步驟:

  (1)創建Socket;

  (2)打開連接到Socket的輸入/出流;

  (3)按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作;

  (4)關閉Socket.(在實際應用中,并未使用到顯示的close,雖然很多文章都推薦如此,不過在我的程序中,可能因為程序本身比較簡單,要求不高,所以并未造成什么影響。)

3、Socket分類

原始套接字(SOCK_RAW):該接口允許對較低層次協議,如IP直接訪問,可以接收本機網卡上的數據幀和數據包,對監聽網絡流量和分析很有用。

流式套接字(SOCK_STREAM):TCP,提供了一個面向連接,可靠的數據傳輸服務,數據無差錯,無重復的發送,且按發送順序接收。

數據報式套接字(SOCK_DGRAM):UDP,無連接服務,數據報以獨立包形式被發送,不提供無差錯保證,數據可能丟失,或重復,并且,接收順序無序。

4、創建Socket

創建Socket

java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket,分別用來表示雙向連接的客戶端和服務端。這是兩個封裝得非常好的類,使用很方便。其構造方法如下:

  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分別是雙向連接中另一方的IP地址、主機名和端口號,stream指明socket是流socket還是數據報socket,localPort表示本地主機的端口號,localAddr和bindAddr是本地機器的地址(ServerSocket的主機地址),impl是socket的父類,既可以用來創建serverSocket又可以用來創建Socket。count則表示服務端所能支持的最大連接數。例如:學習視頻網http://www.xxspw.com

  Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);

  ServerSocket server = new ServerSocket(80);

  注意,在選擇端口時,必須小心。每一個端口提供一種特定的服務,只有給出正確的端口,才能獲得相應的服務。0~1023的端口號為系統所保留,例如http服務的端口號為80,telnet服務的端口號為21,ftp服務的端口號為23,所以我們在選擇端口號時,最好選擇一個大于1023的數以防止發生沖突。

  在創建socket時如果發生錯誤,將產生IOException,在程序中必須對之作出處理。所以在創建Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

四、簡單實現(TCP/IP,流式套接字)

實體類

package entity;import java.io.Serializable;/** * 用戶類 * */public class User implements Serializable{        private String name;    private String passWord;            public String getName() {        return name;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public String getPassword() {        return password;    }    public void setPassword(String password) {        this.password = password;    }}

客戶端

package client;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.ObjectOutputStream;import java.io.OutputStream;import java.net.Socket;import java.net.UnknownHostException;import entity.User;/** * 客戶端 * 步驟: * 1.建立客戶端Socket連接指定服務器的地址和端口 * 2.得到Socket的讀定流 * 3.使用流按照一定的協議對Socket進行讀、寫操作 * 4.使用close()關閉流和Socket * */public class LoginClient {    public static void main(String[] args) {                try {            //1.建立客戶端Socket連接,指定服務器的位置和以端口            Socket socket=new Socket("localhost",8800);            //2.得到Socket的讀寫流            OutputStream os=socket.getOutputStream();            ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(os);            //3.利用流按時一定的協議對Socket進行讀、寫操作            User user=new User();            user.setName("Tom");            user.setPassword("123qwe");            oos.writeObject(user);                //關閉輸出流            socket.shutdownOutput();                        //4.接收服務器的響應            InputStream is=socket.getInputStream();            BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is));            String reply;            while((reply=br.readLine())!=null){                System.out.println("這里是客戶端,服務的響應是:"+reply);            }            //5.關閉資源            br.close();            is.close();            oos.close();            os.close();            socket.close();        } catch (UnknownHostException e) {            e.printStackTrace();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }                    }}

服務端

package server;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.PrintWriter;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import entity.User;/** * 服務端 * 步驟: * 1.建立一個服務器ServerSocket綁定指定端口并開始監聽 * 2.使用accept()方法阻塞等待監聽端口,獲得新的連接 * 3.建立輸入流和輸出流 * 4.在已經有的協議上產上會話 * 5.使用close()關閉流和Socket *  */public class LoginServer {    public static void main(String[] args) {        try {            // 1.建一個ServerScoket端口為8900            ServerSocket serverScoket = new ServerSocket(8800);            // 2.使用accept方法監聽端口            Socket socket = serverScoket.accept();            // 3.獲取輸入流            InputStream is = socket.getInputStream();            ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);            // 4.獲取用戶輸入信息            User user=(User)ois.readObject();                            System.out.println("這里是服務器,用戶名為:" + user.getName()+" 密碼:"+user.getPassword());            OutputStream os = socket.getOutputStream();            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);            // 5.返回信息            String reply = "歡迎到來,";            pw.write(reply);            pw.flush();            // 6.關閉資源            pw.close();            os.close();            ois.close();            is.close();            socket.close();            serverScoket.close();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ClassNotFoundException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

五、多線程實現(TCP/IP,流式套接字)

實現類

package socket.object;import java.io.Serializable;/** * 用戶類 */public class User implements Serializable {        private String name;    private String passowrd;    private String sex;    private String email;    public String getName() {        return name;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public String getPassowrd() {        return passowrd;    }    public void setPassowrd(String passowrd) {        this.passowrd = passowrd;    }    public String getSex() {        return sex;    }    public void setSex(String sex) {        this.sex = sex;    }    public String getEmail() {        return email;    }    public void setEmail(String email) {        this.email = email;    }        }

客戶端

package socket.object;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.net.Socket;import java.net.UnknownHostException;public class LoginClient {    public static void main(String[] args) {        try {            //建立客戶端 Socket對象            Socket socket=new Socket("localhost",9200);            //獲取輸入和輸出流            ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());            ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(socket.getInputStream());                        User user=new User();            user.setName("Jack");            user.setPassowrd("123456");            user.setSex("男");            user.setEmail("Jack@QQ.com");            oos.writeObject(user);                        //關閉輸出流            //socket.shutdownOutput();                        //接收服務器端的響應            Object info=ois.readObject();            System.out.println("這里是客戶端:服務的響應是:"+info.toString());            //關閉流            ois.close();            oos.close();            socket.close();        } catch (UnknownHostException e) {            e.printStackTrace();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ClassNotFoundException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

服務端

package socket.object;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.net.InetAddress;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;public class LoginServer {    public static void main(String[] args) {        ServerSocket serverSocket=null;        Socket socket=null;                try {            //建立ServerSocket并指定端口             serverSocket =new ServerSocket(9200);            //當前連接人數             int nums=0;             //服務器一直在監聽狀態             while(true){                //使用accept方法監聽端口                 socket=serverSocket.accept();                 //每一個訪問都生成一個線程                 ServerThread serverThread=new ServerThread(socket);                 //啟動線程                 serverThread.start();                 nums++;                 System.out.println("當前客戶數量為:"+nums);                 //獲取客戶的IP和主機名                 InetAddress ia=socket.getInetAddress();                 //客戶的主機名                String hostname= ia.getHostName();                //客戶的IP                String ip=ia.getHostAddress();                System.out.println("客戶的主機名稱:"+hostname+" ip地址:"+ip);                             }                            } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

服務端線程類

package socket.object;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/** * 服務端線程類 *  */public class ServerThread extends Thread {    Socket socket = null;    public ServerThread(Socket socket) {        this.socket = socket;    }        @Override    public void run() {                ObjectInputStream ois=null;        ObjectOutputStream oos=null;        try {            //獲取輸入和輸出流             ois=new ObjectInputStream(socket.getInputStream());             oos=new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());                        //獲取用戶信息            User user=(User)ois.readObject();            System.out.println("這里是服務器:用戶信息為:");            System.out.println("用戶名:"+user.getName()+"密碼:"+user.getPassowrd()+" 性別:"+user.getSex()+" email:"+user.getEmail());            //響就客戶端             String info="信息已經收到,歡迎光臨";            oos.writeObject(info);                        //關閉流            oos.close();            ois.close();            socket.close();                } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ClassNotFoundException e) {            e.printStackTrace();        }                    }}

六、UDP(數據報式)

客戶端

package udpsocket;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.InetAddress;import java.net.SocketException;import java.net.UnknownHostException;/** * 客戶端 */public class AskClient {    public static void main(String[] args) {        //聲明數據包和套接字對象        DatagramPacket dp=null;        DatagramSocket ds=null;        //服務器地址        InetAddress ia=null;        //服務器端口        int port;        try {            //1.確定發送給服務器的信息 ,服務器地址,端口            String mess="我要咨詢問題";            byte[] buf=mess.getBytes();            //發送的地址             ia=InetAddress.getByName("localhost");            //服務器的端口             port=9100;            //2.創建數據包,發送指定長度的信息到指定地址的端口             dp=new DatagramPacket(buf, buf.length,ia,port);            //3.創建數據報套接字對象            ds=new DatagramSocket();            //4.發送數據            ds.send(dp);                        //接收服務器的數據             dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);            ds.receive(dp);            String replys=new String(buf,0,dp.getLength());            System.out.println("服務回應:"+replys);                        //5.釋放資源            ds.close();        } catch (UnknownHostException e) {            e.printStackTrace();        } catch (SocketException e) {            e.printStackTrace();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }                                            }}

服務端

package udpsocket;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.SocketAddress;import java.net.SocketException;/** * 服務器端 */public class AskServer {    public static void main(String[] args) {                try {            //1.創建接收方(服務器)套接字,并綁定端口號            DatagramSocket ds=new DatagramSocket(9100);            //2.確定數據包接收的數組大小            byte[] buf=new byte[1024];            //3.創建接收類型的數據包,數據存儲在數組中            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);            //4.通過套接字接收數據            ds.receive(dp);            //5.解析發送方發送的數據            String mess=new String(buf,0,dp.getLength());            //輸出客戶IP和講的話            System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress()+"客戶說:"+mess);            //響應客戶端            String reply="有什么問題";            byte [] replys=reply.getBytes();            //響應的地址客戶端的IP地址            SocketAddress sa=dp.getSocketAddress();            DatagramPacket dpsend=new DatagramPacket(replys, replys.length,sa);            //發送            ds.send(dpsend);                        //6.釋放資源            ds.close();        } catch (SocketException e) {            // TODO Auto-generated catch block            e.printStackTrace();        } catch (IOException e) {            // TODO Auto-generated catch block            e.printStackTrace();        }            }}


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