Java从零开始学四十五（Socket编程基础)

浏览数：26 / 时间：2015年06月08日

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。）

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3、Socket分类

原始套接字(SOCK_RAW)：该接口允许对较低层次协议，如IP直接访问，可以接收本机网卡上的数据帧和数据包，对监听网络流量和分析很有用。

流式套接字(SOCK_STREAM):TCP,提供了一个面向连接，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按发送顺序接收。

数据报式套接字（SOCK_DGRAM）：UDP，无连接服务，数据报以独立包形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失，或重复，并且，接收顺序无序。

4、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：学习视频网 http://www.xxspw.com

　　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。

四、简单实现（TCP/IP，流式套接字）

实体类

package entity;

import java.io.Serializable;

/**
 * 用户类
 *
 */
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;
    }
}

客户端

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;

/**
 * 客户端
 * 步骤：
 * 1.建立客户端Socket连接指定服务器的地址和端口
 * 2.得到Socket的读定流
 * 3.使用流按照一定的协议对Socket进行读、写操作
 * 4.使用close()关闭流和Socket
 *
 */
public class LoginClient {

    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            //1.建立客户端Socket连接，指定服务器的位置和以端口
            Socket socket=new Socket("localhost",8800);
            //2.得到Socket的读写流
            OutputStream os=socket.getOutputStream();
            ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(os);
            //3.利用流按时一定的协议对Socket进行读、写操作
            User user=new User();
            user.setName("Tom");
            user.setPassword("123qwe");
            oos.writeObject(user);
    
            //关闭输出流
            socket.shutdownOutput();
            
            //4.接收服务器的响应
            InputStream is=socket.getInputStream();
            BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String reply;
            while((reply=br.readLine())!=null){
                System.out.println("这里是客户端，服务的响应是："+reply);
            }
            //5.关闭资源
            br.close();
            is.close();
            oos.close();
            os.close();
            socket.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        

    }

}

服务端

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;

/**
 * 服务端
 * 步骤：
 * 1.建立一个服务器ServerSocket绑定指定端口并开始监听
 * 2.使用accept()方法阻塞等待监听端口，获得新的连接
 * 3.建立输入流和输出流
 * 4.在已经有的协议上产上会话
 * 5.使用close()关闭流和Socket
 * 
 */
public class LoginServer {

    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1.建一个ServerScoket端口为8900
            ServerSocket serverScoket = new ServerSocket(8800);
            // 2.使用accept方法监听端口
            Socket socket = serverScoket.accept();
            // 3.获取输入流
            InputStream is = socket.getInputStream();
            ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);
            // 4.获取用户输入信息
            User user=(User)ois.readObject();
            
                System.out.println("这里是服务器，用户名为：" + user.getName()+" 密码:"+user.getPassword());

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            // 5.返回信息
            String reply = "欢迎到来，";
            pw.write(reply);
            pw.flush();
            // 6.关闭资源
            pw.close();
            os.close();
            ois.close();
            is.close();
            socket.close();
            serverScoket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

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五、多线程实现（TCP/IP，流式套接字）

实现类

package socket.object;

import java.io.Serializable;

/**
 * 用户类
 */
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;
    }
    
    
}

客户端

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 {
            //建立客户端 Socket对象
            Socket socket=new Socket("localhost",9200);
            //获取输入和输出流
            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);
            
            //关闭输出流
            //socket.shutdownOutput();
            
            //接收服务器端的响应
            Object info=ois.readObject();
            System.out.println("这里是客户端：服务的响应是："+info.toString());
            //关闭流
            ois.close();
            oos.close();
            socket.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

服务端

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);
            //当前连接人数
             int nums=0;
             //服务器一直在监听状态
             while(true){
                //使用accept方法监听端口
                 socket=serverSocket.accept();
                 //每一个访问都生成一个线程
                 ServerThread serverThread=new ServerThread(socket);
                 //启动线程
                 serverThread.start();
                 nums++;
                 System.out.println("当前客户数量为:"+nums);
                 //获取客户的IP和主机名
                 InetAddress ia=socket.getInetAddress();
                 //客户的主机名
                String hostname= ia.getHostName();
                //客户的IP
                String ip=ia.getHostAddress();
                System.out.println("客户的主机名称："+hostname+" ip地址:"+ip);
                
             }
        
            
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

服务端线程类

package socket.object;

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 服务端线程类
 * 
 */
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 {
            //获取输入和输出流
             ois=new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
             oos=new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
            
            //获取用户信息
            User user=(User)ois.readObject();
            System.out.println("这里是服务器：用户信息为:");
            System.out.println("用户名:"+user.getName()+"密码:"+user.getPassowrd()+" 性别："+user.getSex()+" email:"+user.getEmail());
            //响就客户端 
            String info="信息已经收到，欢迎光临";
            oos.writeObject(info);
            
            //关闭流
            oos.close();
            ois.close();
            socket.close();
        
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        
        
    }

}

六、UDP(数据报式)

技术分享

客户端

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;

/**
 * 客户端
 */
public class AskClient {

    public static void main(String[] args) {
        //声明数据包和套接字对象
        DatagramPacket dp=null;
        DatagramSocket ds=null;
        //服务器地址
        InetAddress ia=null;
        //服务器端口
        int port;
        try {
            //1.确定发送给服务器的信息 ,服务器地址，端口
            String mess="我要咨询问题";
            byte[] buf=mess.getBytes();
            //发送的地址
             ia=InetAddress.getByName("localhost");
            //服务器的端口
             port=9100;
            //2.创建数据包，发送指定长度的信息到指定地址的端口
             dp=new DatagramPacket(buf, buf.length,ia,port);
            //3.创建数据报套接字对象
            ds=new DatagramSocket();
            //4.发送数据
            ds.send(dp);
            
            //接收服务器的数据
             dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);
            ds.receive(dp);
            String replys=new String(buf,0,dp.getLength());
            System.out.println("服务回应："+replys);
            
            //5.释放资源
            ds.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        
        
        
        
    }

}

服务端

package udpsocket;

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

/**
 * 服务器端
 */
public class AskServer {

    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            //1.创建接收方（服务器）套接字，并绑定端口号
            DatagramSocket ds=new DatagramSocket(9100);
            //2.确定数据包接收的数组大小
            byte[] buf=new byte[1024];
            //3.创建接收类型的数据包，数据存储在数组中
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);
            //4.通过套接字接收数据
            ds.receive(dp);
            //5.解析发送方发送的数据
            String mess=new String(buf,0,dp.getLength());
            //输出客户IP和讲的话
            System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress()+"客户说："+mess);
            //响应客户端
            String reply="有什么问题";
            byte [] replys=reply.getBytes();
            //响应的地址客户端的IP地址
            SocketAddress sa=dp.getSocketAddress();
            DatagramPacket dpsend=new DatagramPacket(replys, replys.length,sa);
            //发送
            ds.send(dpsend);
            
            //6.释放资源
            ds.close();
        } catch (SocketException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        

    }

}