基於Java的Scoket編程

Posted on 2021-12-16 by WalkonNet

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後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並予以響應。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，使後來的客戶也能及時得到服務。

二，兩類傳輸協議：TCP和UDP

TCP是Tranfer 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。

UDP是User 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瞭完整的地址信息，因此無需要建立發送方和接收方的連接。
2、UDP傳輸數據時是有大小限制的，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並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高。
2、UDP操作簡單，而且僅需要較少的監護，因此通常用於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，並不要求音頻視頻數據絕對的正確，隻要保證連貫性就可以瞭，這種情況下顯然使用UDP會更合理一些。

三，基於Socket的java網絡編程

1、什麼是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編程主要是指基於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瞭。Server端和Client 端都可以通過Send，Write等方法與對方通信。

對於一個功能齊全的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，並未使用到顯示的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，所以並未造成什麼影響。）

3、創建Socket

創建Socket

java在包java.net中提供瞭兩個類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：WalkonNet https://www.jb51.net

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

ServerSocket server = new ServerSocket(80);

註意，在選擇端口時，必須小心。每一個端口提供一種特定的服務，隻有給出正確的端口，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，最好選擇一個大於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。

代碼演示

例：基於TCP的數據傳輸，傳遞字符串

服務器端：

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /*
             * 1、創建serverScoket對象 
             * 2、調用accept()方法開啟監聽 
             * 3、獲取文件流（輸出流或輸入流） 
             * 4、執行讀寫操作
             * 5、關閉流 
             * 6、關閉serversocket。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服務器已經啟動！");
            // 接收客戶端發送的信息
            Socket socket = server.accept();

            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }

            // 向客戶端寫入信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String str = "歡迎登陸到server服務器!";
            os.write(str.getBytes());

            // 關閉文件流
            os.close();
            br.close();
            is.close();
            socket.close();
            server.close();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客戶端：

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            /*
             * 1、創建socket，指定服務器的地址和端口號
             * 2、創建文件流
             * 3、執行讀取或者寫入操作
             * 4、關閉文件流
             * 5、關閉socket 
             */
            System.out.println("客戶端已啟動!");
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String msg = "用戶名：張三  密碼：123123";
            os.write(msg.getBytes());
            socket.shutdownOutput();
            
            //獲取服務器響應信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }
            
            //關閉資源
            br.close();
            os.close();
            is.close();
            
            socket.close();

        } catch (UnknownHostException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

例：基於TCP的數據傳輸，傳輸對象

服務器端：

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /*
             * 1、創建serverScoket對象 
             * 2、調用accept()方法開啟監聽 
             * 3、獲取文件流（輸出流或輸入流） 
             * 4、執行讀寫操作
             * 5、關閉流 
             * 6、關閉serversocket。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服務器已經啟動！");
            // 接收客戶端發送的信息
            Socket socket = server.accept();

            InputStream is = socket.getInputStream();
            // 執行反序列化
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
            Student stu = (Student) ois.readObject();
            stu.Show();

            // 向客戶端寫入信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String str = "歡迎登陸到server服務器!";
            os.write(str.getBytes());

            // 關閉文件流
            ois.close();
            os.close();
            is.close();
            socket.close();
            server.close();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客戶端：

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            /*
             * 1、創建socket，指定服務器的地址和端口號
             * 2、創建文件流
             * 3、執行讀取或者寫入操作
             * 4、關閉文件流
             * 5、關閉socket 
             */
            System.out.println("客戶端已啟動!");
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            //創建對象
            Student stu = new Student();
            stu.setName("張三");
            stu.setPwd("123123");
            
            //執行序列化操作
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
            oos.writeObject(stu);
            socket.shutdownOutput();
            
            //獲取服務器響應信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }
            
            //關閉資源
            br.close();
            is.close();
            oos.close();
            os.close();            
            socket.close();

        } catch (UnknownHostException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

例：基於多線程的通訊請求，多客戶端訪問服務器

服務器端：

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /*
             * 1、創建serverScoket對象 2、調用accept()方法開啟監聽 3、獲取文件流（輸出流或輸入流） 4、執行讀寫操作
             * 5、關閉流 6、關閉serversocket。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服務器已經啟動！");
            // 接收客戶端發送的信息
            while (true) {
                //阻塞會讓程序停止
                Socket socket = server.accept();
                ServerThread st = new ServerThread(socket);
                st.start();
            }
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

線程類：

public class ServerThread extends Thread {
    private Socket socket;

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

    public void run() {
        InputStream is;
        try {
            is = socket.getInputStream();

            // 執行反序列化
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
            Student stu = (Student) ois.readObject();
            stu.Show();

            // 向客戶端寫入信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String str = "歡迎登陸到server服務器!";
            os.write(str.getBytes());

            // 關閉文件流
            os.close();
            ois.close();            
            is.close();
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

客戶端：

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            /*
             * 1、創建socket，指定服務器的地址和端口號
             * 2、創建文件流
             * 3、執行讀取或者寫入操作
             * 4、關閉文件流
             * 5、關閉socket 
             */
            System.out.println("客戶端已啟動!");
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            //創建對象
            Student stu = new Student();
            stu.setName("張三");
            stu.setPwd("123123");
            
            //執行序列化操作
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
            oos.writeObject(stu);
            socket.shutdownOutput();
            
            //獲取服務器響應信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }
            
            //關閉資源
            br.close();
            is.close();
            oos.close();
            os.close();            
            socket.close();

        } catch (UnknownHostException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

例：基於UDP的數據傳遞

服務端：

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //創建一個包對象
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
            //創建一個socket對象
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
            //接收消息
            socket.receive(packet);
            //將字節數組轉換為字符串
            String msg = new String(packet.getData(), 0,
                    packet.getLength());
            //輸出客戶端的IP地址和消息
            System.out.println(packet.getAddress().getHostAddress() + ":" + msg);

            socket.close();
        } catch (SocketException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

客戶端：

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            //定義要發送的消息
            String msg = "用戶名：張三 密碼:123";
            //獲取服務器的地址
            InetAddress add = InetAddress.getByName("localhost");
            //創建packet包對象，封裝要發送的包數據和服務器地址和端口號
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msg.getBytes(),
                    msg.getBytes().length, add, 8888);        
            //創建Socket對象
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
            //發送消息到服務器
            socket.send(packet);
            //關閉socket
            socket.close();
            
        } catch (UnknownHostException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (SocketException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

基於Java的Scoket編程

目錄

一，網絡編程中兩個主要的問題

二，兩類傳輸協議：TCP和UDP

TCP和UDP的區別

三，基於Socket的java網絡編程

1、什麼是Socket

2、Socket通訊的過程

3、創建Socket

代碼演示

例：基於TCP的數據傳輸，傳遞字符串

例：基於TCP的數據傳輸，傳輸對象

例：基於多線程的通訊請求，多客戶端訪問服務器

例：基於UDP的數據傳遞

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目錄

一，網絡編程中兩個主要的問題

二，兩類傳輸協議：TCP和UDP

TCP和UDP的區別

三，基於Socket的java網絡編程

1、什麼是Socket

2、Socket通訊的過程

3、創建Socket

代碼演示

例：基於TCP的數據傳輸，傳遞字符串

例：基於TCP的數據傳輸，傳輸對象

例：基於多線程的通訊請求，多客戶端訪問服務器

例：基於UDP的數據傳遞

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