Java從零開始學四十五（Socket編程基礎)，socket編程基礎

Java從零開始學四十五（Socket編程基礎)，socket編程基礎
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台或多台主機，另一個就是找到主機後如何可靠高效的進行資料轉送。

在TCP/IP協議中IP層主要負責網路主機的定位，資料轉送的路由，由IP地址可以唯一地確定Internet上的一台主機。

而TCP層則提供面嚮應用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的資料轉送機制，這是網路編程的主要對象，一般不需要關心IP層是如何處理資料的。

目前較為流行的網路編程模型是客戶機/伺服器（C/S）結構。即通訊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，監聽網路連接埠，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連接埠，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，是一種連線導向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資料流。發送方和接收方的成對的兩個socket之間必須建 立串連，以便在TCP協議的基礎上進行通訊，當一個socket（通常都是server socket）等待建立串連時，另一個socket可以要求進行串連，一旦這兩個socket串連起來，它們就可以進行雙向資料轉送，雙方都可以進行發送 或接收操作。

　　UDP是User Datagram Protocol的簡稱，是一種不需連線的協議，每個資料報都是一個獨立的資訊，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、每個資料報中都給出了完整的地址資訊，因此無需要建立發送方和接收方的串連。

　　　　2、UDP傳輸資料時是有大小限制的，每個被傳輸的資料報必須限定在64KB之內。

           3、UDP是一個不可靠的協議，發送方所發送的資料報並不一定以相同的次序到達接收方

　　TCP：

　　　　1、連線導向的協議，在socket之間進行資料轉送之前必然要建立串連，所以在TCP中需要連線時間。

　　　　2、TCP傳輸資料大小限制，一旦串連建立起來，雙方的socket就可以按統一的格式傳輸大的資料。

           3，TCP是一個可靠的協議，它確保接收方完全正確地擷取發送方所發送的全部資料。

　　應用：

　　1，TCP在網路通訊上有極強的生命力，例如遠端連線（Telnet）和檔案傳輸（FTP）都需要不定長度的資料被可靠地傳輸。但是可靠的傳輸是要付出代價的，對資料內容正確性的檢驗必然佔用電腦的處理時間和網路的頻寬，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路高可靠性的分散系統中client/server應用程式。例如視頻會議系統，並不要求音頻視頻資料絕對的正確，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串連實現資料的交換，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串連。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程介面，一個Socket由一個IP地址和一個連接埠號碼唯一確定。

但是，Socket所支援的協議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯絡的。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)某個連接埠是否有串連請求，Client端向Server 端發出Connect(串連)請求，Server端向Client端發回Accept（接受）訊息。一個串連就建立起來了。Server端和Client 端都可以通過Send，Write等方法與對方通訊。

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） 建立Socket；

　　（2） 開啟串連到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

原始通訊端(SOCK_RAW)：該介面允許對較低層次協議，如IP直接存取，可以接收本機網卡上的資料幀和資料包，對監聽網路流量和分析很有用。

流式通訊端(SOCK_STREAM):TCP,提供了一個連線導向，可靠的Data Transmission Service，資料無差錯，無重複的發送，且按發送順序接收。

資料報式通訊端（SOCK_DGRAM）：UDP，無串連服務，資料報以獨立包形式被發送，不提供無差錯保證，資料可能丟失，或重複，並且，接收順序無序。

4、建立Socket

建立Socket

java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，分別用來表示雙向串連的用戶端和服務端。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分別是雙向串連中另一方的IP地址、主機名稱和端 口號，stream指明socket是流socket還是資料報socket，localPort表示本地主機的連接埠號碼，localAddr和 bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既可以用來建立serverSocket又可 以用來建立Socket。count則表示服務端所能支援的最大串連數。例如：學習視頻網 http://www.xxspw.com

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

　　ServerSocket server = new ServerSocket(80);

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

　　在建立socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程式中必須對之作出處理。所以在建立Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

 四、簡單實現（TCP/IP，流式通訊端）

實體類

package entity;import java.io.Serializable;/** * 使用者類 * */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;    }}

用戶端

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;/** * 用戶端 * 步驟： * 1.建立用戶端Socket串連指定伺服器的地址和連接埠 * 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.建立用戶端Socket串連，指定伺服器的位置和以連接埠            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);                //關閉輸出資料流            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("這裡是用戶端，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();        }                    }}

服務端

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;/** * 服務端 * 步驟： * 1.建立一個伺服器ServerSocket綁定指定連接埠並開始監聽 * 2.使用accept()方法阻塞等待監聽連接埠，獲得新的串連 * 3.建立輸入資料流和輸出資料流 * 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連接埠為8900            ServerSocket serverScoket = new ServerSocket(8800);            // 2.使用accept方法監聽連接埠            Socket socket = serverScoket.accept();            // 3.擷取輸入資料流            InputStream is = socket.getInputStream();            ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);            // 4.擷取使用者輸入資訊            User user=(User)ois.readObject();                            System.out.println("這裡是伺服器，使用者名稱為：" + user.getName()+" 密碼:"+user.getPassword());            OutputStream os = socket.getOutputStream();            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);            // 5.返回資訊            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();        }    }}

 

五、多線程實現（TCP/IP，流式通訊端）

實作類別

package socket.object;import java.io.Serializable;/** * 使用者類 */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;    }        }

用戶端

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 {            //建立用戶端 Socket對象            Socket socket=new Socket("localhost",9200);            //擷取輸入和輸出資料流            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("Jack@qq.com");            oos.writeObject(user);                        //關閉輸出資料流            //socket.shutdownOutput();                        //接收伺服器端的響應            Object info=ois.readObject();            System.out.println("這裡是用戶端：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();        }    }}

服務端

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並指定連接埠             serverSocket =new ServerSocket(9200);            //當前串連人數             int nums=0;             //伺服器一直在監聽狀態             while(true){                //使用accept方法監聽連接埠                 socket=serverSocket.accept();                 //每一個訪問都產生一個線程                 ServerThread serverThread=new ServerThread(socket);                 //啟動線程                 serverThread.start();                 nums++;                 System.out.println("當前客戶數量為:"+nums);                 //擷取客戶的IP和主機名稱                 InetAddress ia=socket.getInetAddress();                 //客戶的主機名稱                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();        }    }}

服務端線程類

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 {            //擷取輸入和輸出資料流             ois=new ObjectInputStream(socket.getInputStream());             oos=new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());                        //擷取使用者資訊            User user=(User)ois.readObject();            System.out.println("這裡是伺服器：使用者資訊為:");            System.out.println("使用者名稱:"+user.getName()+"密碼:"+user.getPassowrd()+" 性別："+user.getSex()+" email:"+user.getEmail());            //響就用戶端             String info="資訊已經收到，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();        }                    }}

 

六、UDP(資料報式)

 

 

 

用戶端

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;/** * 用戶端 */public class AskClient {    public static void main(String[] args) {        //聲明資料包和通訊端對象        DatagramPacket dp=null;        DatagramSocket ds=null;        //伺服器位址        InetAddress ia=null;        //伺服器連接埠        int port;        try {            //1.確定發送給伺服器的資訊 ,伺服器位址，連接埠            String mess="我要諮詢問題";            byte[] buf=mess.getBytes();            //發送的地址             ia=InetAddress.getByName("localhost");            //伺服器的連接埠             port=9100;            //2.建立資料包，發送指定長度的資訊到指定地址的連接埠             dp=new DatagramPacket(buf, buf.length,ia,port);            //3.建立資料通訊端對象            ds=new DatagramSocket();            //4.發送資料            ds.send(dp);                        //接收伺服器的資料             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();        }                                            }}

 

服務端

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.建立接收方（伺服器）通訊端，並綁定連接埠號碼            DatagramSocket ds=new DatagramSocket(9100);            //2.確定資料包接收的數組大小            byte[] buf=new byte[1024];            //3.建立接收類型的資料包，資料存放區在數組中            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf, buf.length);            //4.通過通訊端接收資料            ds.receive(dp);            //5.解析發送方發送的資料            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);            //響應用戶端            String reply="有什麼問題";            byte [] replys=reply.getBytes();            //響應的地址用戶端的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();        }            }}