Java Socket 网络编程基础知识

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　　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。

　　下面我们对这两种协议做简单比较：

　　使用UDP时，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。对于TCP协议，由于它是一个面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中多了一个连接建立的时间。

　　使用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。而TCP没有这方面的限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大量的数据。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。而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。

　　总之，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。相比之下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。

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127.0.0.1是回路地址,用于测试,相当于localhost本机地址,没有网卡,不设DNS 都可以访问.

端口地址在0~65535之间,其中0~1023之间的端口是用于一些知名的网络服务和应用,用户的普通网络应用程序应该使用1024以上的端口.

网络应用中基本上都是TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol用户数据报协议),TCP是面向连接的通信协议,UDP是无连接的通信协议.

Socket连接套接字,Java分别为TCP和UDP提供了相应的类,TCP是java.net.ServerSocket(用于服务器端)和 java.net.Socket(用于客户端);UDP是java.net.DatagramSocket.

1,Java编写UDP网络程序

1.1,DatagramSocket

DatagramSocket有如下构造方法:
1,DatagramSocket() :构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。
2,DatagramSocket(int port):创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
3,DatagramSocket(int port, InetAddress laddr):创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。即指定网卡发送和接收数据.

如果在创建DatagramSocket对象时,没有指定网卡的IP 地址,在发送数据时,底层驱动程序会自动选择一块网卡去发送,在接收数据时,会接收所有的网卡收到的与端口一致的数据.

发送信息时,可以不指定端口号,接收信息时,要指定端口号,因为要接收指定的数据.

发送数据使用DatagramSocket.send(DatagramPacket p)方法,接收数据使用DatagramSocket.receive(DatagramPacket p)方法.

1.2,DatagramPacket

DatagramPacket类有如下构造方法:
1,DatagramPacket(byte[] buf, int length):构造 DatagramPacket，用来接收长度为length的数据包。
2,DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port):构造数据报包,用来将长度为length的包发送到指定主机上的指定端口号。

接收数据时使用第一次构造方法,发送数据时使用第二种构造方法.

1.3,InetAddress

Java中对IP地址进行包装的类,

DatagramPacket.getAddress()可以获取发送或接收方的IP地址.DatagramPacket.getPort()可以 获取发送或接收方的端口.

1.4,UDP程序例子

发送程序:

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
public class UdpSend {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    String str = "hello , world!";
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.length(),InetAddress.getByName("192.168.0.105"),3000);
    ds.send(dp);
    ds.close(); //关闭连接
  }
}

接收程序:

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
public class UdpRecv {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket(3000);
    byte[] buf = new byte[1024];
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);
    ds.receive(dp);
    String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
    System.out.println(str);
    System.out.println("IP:" + dp.getAddress().getHostAddress() + ",PORT:" + dp.getPort());
    ds.close();
  }
}

测试要先运行接收程序,再运行发送程序.如果接收程序没有接收到数据,则会一直阻塞,接收到数据后才会关闭程序.如果网络上没有数据发送过来,接收程序也 没有阻塞,通常都是使用了一个已经被占用的端口.

2,Java编写TCP网络程序

2.1,ServerSocket

编写TCP网络服务程序,首先要用到java.net.ServerSocket类用以创建服务器Socket.它的常用构造方法有:
1,ServerSocket(int port):创建绑定到特定端口的服务器套接字。
2,ServerSocket(int port, int backlog):利用指定的backlog(服务器忙时保持连接请求的等待客户数量),创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
3,ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr):使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

2.2,Socket

客户端要与服务器建立连接,必须先创建一个Socket对象,它的常用构造方法有:
1,Socket(String host, int port):创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
2,Socket(InetAddress address, int port):创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
3,Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort):创建一个套接字并将其连接到指定远程端口上的指定远程地址。
4,Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort):创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。

对于通常情况的应用,使用第1个构造方法来创建客户端的Socket对象,并与服务器建立连接,是非常简单和方便的.

服务器端程序调用ServerSocket.accept方法等待客户端的连接请求,一旦accept接收了客户端连接请求,该方法返回一个与该客 户端建立了专线连接的Socket对象,不用程序去创建这个Socket对象.建立了连接的两个Socket是以IO流的方式进行数据交换的,Java提 供了Socket.getInputStream返回Socket的输入流对象,Socket.getOutputStream返回Socket的输出流 对象.

2.3,TCP程序例子的服务器程序:

import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    ServerSocket ss = new ServerSocket(8000);
    Socket s = ss.accept();
    InputStream ips = s.getInputStream();
    OutputStream ops = s.getOutputStream();
    ops.write("hello,World!".getBytes());
    byte[] buf = new byte[1024];
    int len = ips.read(buf);
    System.out.println(new String(buf,0,len));
    ips.close();
    ops.close();
    s.close();
    ss.close();
  }
}

在这个程序里,创建了一个在8000端口上等待连接的ServerSocket对象,当接收到一个客户的连接请求后,程序从与这个客户建立了连接的 Socket对象中获得输入输出流对象,通过输出流首先向客户端发送一串字符,然后通过输入流读取客户端发送过来的信息,并将这些信息打印,然后关闭所有 资源.

要先运行服务器程序,然后才能运行客户端程序,当TCP服务器程序运行到Socket.accpet()方法等待客户连接时,accept方法将阻 塞,一直到有客户连接请求到来,该方法才会返回,如果又没有请求到来,又没有发生阻塞,通常都是使用了一个已经被占用的端口.

我们可以使用windows提供的telnet工具在命令行窗口中测试一下服务器程序:命令如下:telnet localhost 8000

可以看到,telnet只要有输入就发送,因此我们如果想要在服务器端一次读多个字符的话,还需要进一步处理,看如下代码:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    ServerSocket ss = new ServerSocket(8000);
    Socket s = ss.accept();
    InputStream ips = s.getInputStream();
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips)); //对InputStream进行包装,增加了缓存
    OutputStream ops = s.getOutputStream();
    ops.write("hello,World!".getBytes());
    System.out.println(br.readLine());
    br.close(); //关闭包装类,会自动关闭里面的基类
    ops.close();
    s.close();
    ss.close();
  }
}

再次使用telnet工具可以看到,这次可以发送不止一个字符了,按回车键后发送数据到服务器端.

2.4,TCP程序例子改进后的服务器程序:

大多数情况下,服务器端都要服务多个客户端,但一次accept方法调用只接收一个连接,因此,要把accept方法放在一个循环语句中,这样就可 以接收多个连接.每个连接的数据交换代码也放在一个循环中,这样才能保证两者可以不停地交换数据.

每个连接的数据交换代码必须放在独立的线程中运行,否则,这在段代码运行期间,就没法执行其他的程序代码,accept方法也得不到调用,新的连接 无法进入.

下面是一个例子,客户端向服务器发送一个字符串,服务器将这个字符串中的所有字符反向排列后回送给客户端.客户端输入"quit",退出程序.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    ServerSocket ss = new ServerSocket(8000);
    while(true){
      Socket s = ss.accept();
      new Thread(new Servicer(s)).start();
    }
  }
}
class Servicer implements Runnable{
  Socket s;
  public Servicer(Socket s){
    this.s = s;
  }
  public void run(){
    try{
      InputStream ips = s.getInputStream();
      OutputStream ops = s.getOutputStream();
   
      BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));
      DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ops);
      while(true){
        String strWord = br.readLine();
        if(strWord.equalsIgnoreCase("quit")){
          break;
        }
        String strEcho = (new StringBuffer(strWord).reverse().toString());
        dos.writeBytes(strWord + "------->" + strEcho + System.getProperty("line.separator"));
      }
      br.close();
      dos.close();
      s.close();
    } catch(Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

2.5,TCP程序例子客户端程序:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
public class TcpClient {
  public static void main(String[] args) throws Exception{
    if(args.length < 2){
      System.out.println("Usage:java TcpClient ServerIP ServerPort");
      return ;
    }
    Socket s = new Socket(InetAddress.getByName(args[0]),Integer.parseInt(args[1]));
    InputStream ips = s.getInputStream();
    OutputStream ops = s.getOutputStream();
    BufferedReader brKey = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ops);
    BufferedReader brNet = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));
  
    while(true){
      String strWord = brKey.readLine();
      dos.writeBytes(strWord + System.getProperty("line.separator"));
      if("quit".equalsIgnoreCase(strWord)){
        break;
      } else {
        System.out.println(brNet.readLine());
      }
    }
    dos.close();
    brNet.close();
    brKey.close();
    s.close();
  }
}

先运行服务器程序,再在命令行使用java TcpClient 192.168.0.3 8000,这样就启动了客户端程序.我们可以启动多个客户端程序.

我们可以利用netstat工具来查看已经被使用的端口