Java從零開始學四十五（Socket編程基礎)

来源:http://www.cnblogs.com/shouce/archive/2016/03/09/5256628.html
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一、網路編程中兩個主要的問題 一個是如何準確的定位網路上一臺或多台主機，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層主要負責網路主機的定位，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層則提供面嚮應用的可靠（tcp）的或非可靠（UD


一、網路編程中兩個主要的問題

一個是如何準確的定位網路上一臺或多台主機，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層主要負責網路主機的定位，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層則提供面嚮應用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的數據傳輸機制，這是網路編程的主要對象，一般不需要關心IP層是如何處理數據的。

目前較為流行的網路編程模型是客戶機/伺服器（C/S）結構。即通信雙方一方作為伺服器等待客戶提出請求並予以響應。客戶則在需要服務時向伺服器提 出申請。伺服器一般作為守護進程始終運行，監聽網路埠，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埠，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，它在網路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在網路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電腦的處理時間和網路的帶寬，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，因此通常用於區域網高可靠性的分散系統中client/server應用程式。例如視頻會議系統，並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、基於Socket的java網路編程

1、什麼是Socket

網路上的兩個程式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地址和一個埠號唯一確定。

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繫的。在Java環境下，Socket編程主要是指基於TCP/IP協議的網路編程。

2、Socket通訊的過程

Server端Listen(監聽)某個埠是否有連接請求，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，不過在我的程式中，可能因為程式本身比較簡單，要求不高，所以並未造成什麼影響。）

3、Socket分類

原始套接字(SOCK_RAW)：該介面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，對監聽網路流量和分析很有用。

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，無重覆的發送，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髮送，不提供無差錯保證，數據可能丟失，或重覆，並且，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表示本地主機的埠號，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);

　　註意，在選擇埠時，必須小心。每一個埠提供一種特定的服務，只有給出正確的埠，才 能獲得相應的服務。0~1023的埠號為系統所保留，例如http服務的埠號為80,telnet服務的埠號為21,ftp服務的埠號為23, 所以我們在選擇埠號時，最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突。

　　在創建socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程式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

複製代碼 
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;
    }
}
複製代碼

客戶端

複製代碼 
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連接指定伺服器的地址和埠
 * 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，指定伺服器的位置和以埠
            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.接收伺服器的響應
            InputStream is=socket.getInputStream();
            BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String reply;
            while((reply=br.readLine())!=null){
                System.out.println("這裡是客戶端，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();
        }
        
        

    }

}
複製代碼

服務端

複製代碼 
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.建立一個伺服器ServerSocket綁定指定埠並開始監聽
 * 2.使用accept()方法阻塞等待監聽埠，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埠為8900
            ServerSocket serverScoket = new ServerSocket(8800);
            // 2.使用accept方法監聽埠
            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("這裡是伺服器，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();
        }

    }

}
複製代碼

 

五、多線程實現（TCP/IP，流式套接字）

實現類

複製代碼 
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;
    }
    
    
}
複製代碼

客戶端

複製代碼 
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("[email protected]");
            oos.writeObject(user);
            
            //關閉輸出流
            //socket.shutdownOutput();
            
            //接收伺服器端的響應
            Object info=ois.readObject();
            System.out.println("這裡是客戶端：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();
        }

    }

}
複製代碼

服務端

複製代碼 
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並指定埠
             serverSocket =new ServerSocket(9200);
            //當前連接人數
             int nums=0;
             //伺服器一直在監聽狀態
             while(true){
                //使用accept方法監聽埠
                 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();
        }

    }

}
複製代碼

服務端線程類

複製代碼 
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("這裡是伺服器：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();
        }

        
        
    }

}
複製代碼

 

六、UDP(數據報式)

 

 

 

客戶端

複製代碼 
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;
        //伺服器地址
        InetAddress ia=null;
        //伺服器埠
        int port;
        try {
            //1.確定發送給伺服器的信息 ,伺服器地址，埠
            String mess="我要咨詢問題";
            byte[] buf=mess.getBytes();
            //發送的地址
             ia=InetAddress.getByName("localhost");
            //伺服器的埠
             port=9100;
            //2.創建數據包，發送指定長度的信息到指定地址的埠
             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);
            
            //接收伺服器的數據
             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();
        }
        
        
        
        
        
    }

}
複製代碼

 

服務端

複製代碼 
package udpsocket;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketAddress;
import java.net.SocketException;

/**
 * 伺服器端
 */
public class AskServer {

    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            //1.創建接收方（伺服器）套接字，並綁定埠號
            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="有什麼問題";
            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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