基于Java的Scoket编程

基于Java的Scoket编程

一,网络编程中两个主要的问题

一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机,另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。

在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位,数据传输的路由,由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。

而TCP层则提供面向应用的可靠(tcp)的或非可靠(UDP)的数据传输机制,这是网络编程的主要对象,一般不需要关心IP层是如何处理数据的。

目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器(C/S)结构。 即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提 出申请。服务器一般作为守护进程始终运行,监听网络端口,一旦有客 户请求,就会启动一个服务进程来响应该客户,同时自己继续监听服务端口,使后来的客户也 能及时得到服务。

二,两类传输协议:TCP和UDP

TCP是Tranfer Control Protocol的 简 称,是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须 建 立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个socket(通常都是server socket)等待建立连接时,另一个socket可以要求进行连接,一旦这两个socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发 送 或接收操作。

UDP是User Datagram Protocol的简称,是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

TCP和UDP的区别

UDP:

  • 1、每个数据报中都给出了完整的地址信息,因此无需要建立发送方和接收方的连接。
  • 2、UDP传输数据时是有大小限制的,每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
  • 3、UDP是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方

TCP:

  • 1、面向连接的协议,在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接,所以在TCP中需要连接时间。
  • 2、TCP传输数据大小限制,一旦连接建立起来,双方的socket就可以按统一的格式传输大的数据。
  • 3、TCP是一个可靠的协议,它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

应用:

  • 1、TCP在网络通信上有极强的生命力,例如远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此TCP传输的效率不如UDP高。
  • 2、UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

三,基于Socket的java网络编程

1、什么是Socket

网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。

但是,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下,Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

2、Socket通讯的过程

Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请 求,Client端向Server 端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起 来了。Server端和Client 端都可以通过Send,Write等方法与对方通信。

对于一个功能齐全的Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤:

  • (1) 创建Socket;
  • (2) 打开连接到Socket的输入/出流;
  • (3) 按照一定的协议对Socket进行读/写操作;
  • (4) 关闭Socket.(在实际应用中,并未使用到显示的close,虽然很多文章都推荐如此,不过在我的程序中,可能因为程序本身比较简单,要求不高,所以并未造成什么影响。)

3、创建Socket

创建Socket

java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下:

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分别是双向连接中 另一方的IP地址、主机名和端 口号,stream指明socket是流socket还是数据报socket,localPort表示本地主机的端口 号,localAddr和 bindAddr是本地机器的地址(ServerSocket的主机地址),impl是socket的父类,既可以用来创建 serverSocket又可 以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。例如:云海天教程 https://www.jb51.net

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

ServerSocket server = new ServerSocket(80);

注意,在选择端口时,必须小心。每一个端口提供一种特定的 服务,只有给出正确的端口,才 能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留,例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为 21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。

在创建socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。

代码演示

例:基于TCP的数据传输,传递字符串

服务器端:

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /*
             * 1、创建serverScoket对象 
             * 2、调用accept()方法开启监听 
             * 3、获取文件流(输出流或输入流) 
             * 4、执行读写操作
             * 5、关闭流 
             * 6、关闭serversocket。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器已经启动!");
            // 接收客户端发送的信息
            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);
            }

            // 向客户端写入信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String str = "欢迎登陆到server服务器!";
            os.write(str.getBytes());

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

客户端:

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

        try {
            /*
             * 1、创建socket,指定服务器的地址和端口号
             * 2、创建文件流
             * 3、执行读取或者写入操作
             * 4、关闭文件流
             * 5、关闭socket 
             */
            System.out.println("客户端已启动!");
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String msg = "用户名:张三  密码:123123";
            os.write(msg.getBytes());
            socket.shutdownOutput();
            
            //获取服务器响应信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }
            
            //关闭资源
            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:基于TCP的数据传输,传输对象

服务器端:

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /*
             * 1、创建serverScoket对象 
             * 2、调用accept()方法开启监听 
             * 3、获取文件流(输出流或输入流) 
             * 4、执行读写操作
             * 5、关闭流 
             * 6、关闭serversocket。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器已经启动!");
            // 接收客户端发送的信息
            Socket socket = server.accept();

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

            // 向客户端写入信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String str = "欢迎登陆到server服务器!";
            os.write(str.getBytes());

            // 关闭文件流
            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();
        }
    }
}

客户端:

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

        try {
            /*
             * 1、创建socket,指定服务器的地址和端口号
             * 2、创建文件流
             * 3、执行读取或者写入操作
             * 4、关闭文件流
             * 5、关闭socket 
             */
            System.out.println("客户端已启动!");
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            //创建对象
            Student stu = new Student();
            stu.setName("张三");
            stu.setPwd("123123");
            
            //执行序列化操作
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
            oos.writeObject(stu);
            socket.shutdownOutput();
            
            //获取服务器响应信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }
            
            //关闭资源
            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:基于多线程的通讯请求,多客户端访问服务器

服务器端:

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            /*
             * 1、创建serverScoket对象 2、调用accept()方法开启监听 3、获取文件流(输出流或输入流) 4、执行读写操作
             * 5、关闭流 6、关闭serversocket。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器已经启动!");
            // 接收客户端发送的信息
            while (true) {
                //阻塞会让程序停止
                Socket socket = server.accept();
                ServerThread st = new ServerThread(socket);
                st.start();
            }
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

线程类:

public class ServerThread extends Thread {
    private Socket socket;

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

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

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

            // 向客户端写入信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            String str = "欢迎登陆到server服务器!";
            os.write(str.getBytes());

            // 关闭文件流
            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();
        }

    }
}

客户端:

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

        try {
            /*
             * 1、创建socket,指定服务器的地址和端口号
             * 2、创建文件流
             * 3、执行读取或者写入操作
             * 4、关闭文件流
             * 5、关闭socket 
             */
            System.out.println("客户端已启动!");
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            //创建对象
            Student stu = new Student();
            stu.setName("张三");
            stu.setPwd("123123");
            
            //执行序列化操作
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
            oos.writeObject(stu);
            socket.shutdownOutput();
            
            //获取服务器响应信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(info);
            }
            
            //关闭资源
            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:基于UDP的数据传递

服务端:

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

        try {
            
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //创建一个包对象
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
            //创建一个socket对象
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
            //接收消息
            socket.receive(packet);
            //将字节数组转换为字符串
            String msg = new String(packet.getData(), 0,
                    packet.getLength());
            //输出客户端的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();
        }

    }
}

客户端:

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            //定义要发送的消息
            String msg = "用户名:张三 密码:123";
            //获取服务器的地址
            InetAddress add = InetAddress.getByName("localhost");
            //创建packet包对象,封装要发送的包数据和服务器地址和端口号
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msg.getBytes(),
                    msg.getBytes().length, add, 8888);        
            //创建Socket对象
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
            //发送消息到服务器
            socket.send(packet);
            //关闭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();
        }
        
    }
}