Java Socket编程基础篇

网络编程

原文地址：Java Socket编程----通信是这样炼成的

Java最初是作为网络编程语言出现的，其对网络提供了高度的支持，使得客户端和服务器的沟通变成了现实，而在网络编程中，使用最多的就是Socket。像大家熟悉的QQ、MSN都使用了Socket相关的技术。下面就让我们一起揭开Socket的神秘面纱。

Socket编程

网络基础知识点：

1. 两台计算机间进行通讯需要以下三个条件：IP地址、协议、端口号。

   • IP地址：定位应用所在机器的网络位置。(比如家庭住址：北京市朝阳区XX街道XX小区)
   • 端口号：唯一识别到机器的指定应用。(门牌号)
   • 协议：数据传输的形式。（TCP、UDP等）

2. IP地址
   为实现网络中不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个唯一的标识---IP地址。

3. 端口
   区分一台主机的多个不同应用程序，端口号范围为0-65535，其中0-1023位为系统保留。
   如：HTTP：80 FTP：21 Telnet：23
   IP地址+端口号组成了所谓的Socket，Socket是网络上运行的程序之间双向通信链路的终结点，是TCP和UDP的基础。

4. Socket套接字：
   网络上具有唯一标识的IP地址和端口组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。

5. Socket原理机制：
   通信的两端都有Socket。
   网络通信其实就是Socket间的通信。
   数据在两个Socket间通过IO传输 。

6. Java中的网络支持
   针对网络通信的不同层次，Java提供了不同的API，其提供的网络功能有四大类：

   • InetAddress:用于标识网络上的硬件资源，主要是IP地址。
   • URL：统一资源定位符，通过URL可以直接读取或写入网络上的数据。
   • Sockets：使用TCP协议实现的网络通信Socket相关的类
   • Datagram:使用UDP协议，将数据保存在用户数据报中，通过网络进行通信。

InetAddress

InetAddress类代表了一个网络目标地址，包括主机名和IP地址信息。
该类没有任何构造方法。

// 获得本机的 主机名和IP地址
InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
String hostName = address.getHostName();//获取计算机名(本机主机名就是计算机名)
String hostAddress = address.getHostAddress();//获取IP地址
System.out.println("hostName: " + hostName +" &hostAddress:" + hostAddress);
// 获取远程机器的 主机名和IP地址
InetAddress addr = InetAddress.getByName("www.baidu.com"); // 这里不要加协议 比如：http://www.baidu.com
String domainName = addr.getHostName();//获得主机名
String ipName = addr.getHostAddress();//获得IP地址
System.out.println("domainName:" + domainName + " &ipName：" + ipName);

使用URL网络资源

通过URL对象的openStream()方法可以得到指定资源的输入流，通过流能够读取或访问网页上的资源。

//使用URL读取网页内容
URL url = new URL("http://www.baidu.com");
InputStream is = url.openStream();//通过openStream方法获取资源的字节输入流
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is,"UTF-8");//将字节输入流转换为字符输入流,如果不指定编码，中文可能会出现乱码
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);//为字符输入流添加缓冲，提高读取效率
String data = br.readLine();//读取数据
while(data!=null){
    System.out.println(data);//输出数据
    data = br.readLine();
}
br.close();
is.close();

TCP编程模型

TCP协议是面向连接的、可靠的、有序的、以字节流的方式发送数据，通过三次握手方式建立连接，形成传输数据的通道，在连接中进行大量数据的传输，效率会稍低。

Java中基于TCP协议实现网络通信的类：

• 客户端的Socket类。
• 服务器端的ServerSocket类。

Socket通信的步骤：

• 创建ServerSocket和Socket。
• 打开连接到Socket的输入和输出流。
• 按照TCP协议对Socket进行读写操作。
• 关闭输入输出流，关闭Socket。

服务器端：

• 创建ServerSocket对象，绑定监听端口。
• 通过accept()方法监听客户端请求。
• 连接建立后，通过输入流读取客户端发送的请求信息。
• 通过输出流向客户端发送响应信息。
• 关闭相关资源。

/**
 * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录，服务端
 */
//1、创建一个服务器端Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10086);//1024-65535的某个端口
//2、调用accept()方法开始监听，等待客户端的连接
Socket socket = serverSocket.accept();
//3、获取输入流，并读取客户端信息
InputStream is = socket.getInputStream();
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
String info = null;
while ((info = br.readLine()) != null) {
    System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
}
socket.shutdownInput();//关闭输入流
//4、获取输出流，响应客户端的请求
OutputStream os = socket.getOutputStream();
PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
pw.write("欢迎您！");
pw.flush();
//5、关闭资源
pw.close();
os.close();
br.close();
isr.close();
is.close();
socket.close();

客户端：

• 创建Socket对象，指明需要连接的服务器的地址和端口号。
• 连接建立后，通过输出流向服务器端发送请求信息。
• 通过输入流获取服务器响应的信息
• 关闭相关资源。

//1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
Socket socket = new Socket("localhost",10086);
//2、获取输出流，向服务器端发送信息
OutputStream os = socket.getOutputStream();//字节输出流
PrintWriter pw = new PrintWriter(os);//将输出流包装成打印流
pw.write("用户名：admin；密码：123");
pw.flush();
socket.shutdownOutput();
//3、获取输入流，并读取服务器端的响应信息
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String info = null;
while((info=br.readLine())!= null){
    System.out.println("我是客户端，服务器说："+info);
}
//4、关闭资源
br.close();
is.close();
pw.close();
os.close();
socket.close();

多线程实现服务器与客户端之间的通信。

服务器端循环调用accept()等待客户端连接。服务器端接收到数据后即交给一个线程进行异步处理，然后再次等待客户端连接。

static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
public static void main(String[] args) throws Exception {
    /**
     * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录，服务端
     */
    //1、创建一个服务器端Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10086);//1024-65535的某个端口
    //2、调用accept()方法开始监听，等待客户端的连接
    while(true) {
        executor.execute(new ServerTask(serverSocket.accept()));
    }
}
static class ServerTask implements Runnable {
    Socket socket ;
    public ServerTask(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            //3、获取输入流，并读取客户端信息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
            }
            socket.shutdownInput();//关闭输入流
            //4、获取输出流，响应客户端的请求
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("欢迎您！");
            pw.flush();
            // demo 就不放在finally里关闭了
            is.close();
            isr.close();
            os.close();
            pw.close();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

UDP编程模型

UDP协议（用户数据报协议）是无连接的、不可靠的、无序的，速度快。

进行数据传输时，首先将要传输的数据定义成数据报（Datagram），大小限制在64k，在数据报中指明数据索要达到的Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去。

DatagramPacket类：表示数据报包
DatagramSocket类：进行端到端通信的类

1. 服务器端实现步骤
   
   • 创建DatagramSocket，指定端口号
   • 创建DatagramPacket
   • 接受客户端发送的数据信息
   • 读取数据

//服务器端，实现基于UDP的用户登录
//1、创建服务器端DatagramSocket，指定端口
DatagramSocket socket =new DatagramSocket(10010);
//2、创建暂存的数据报文，用于接受客户端发送的数据
byte[] data = new byte[1024];
DatagramPacket packet =new DatagramPacket(data,data.length);
//3、接受客户端发送的数据
socket.receive(packet);//此方法在接受数据报之前会一致阻塞
//4、读取数据
String info = new String(data);
System.out.println("我是服务器，客户端告诉我："+info);
//向客户端响应数据
//1、定义客户端的地址、端口号、数据
InetAddress address = packet.getAddress();
int port = packet.getPort();
byte[] data2 = "欢迎您！".getBytes();
//2、创建数据报，包含响应的数据信息
DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length,address,port);
//3、响应客户端
socket.send(packet2);
//4、关闭资源
socket.close();

1. 客户端实现步骤：

   • 定义发送消息。
   • 创建DatagramPacket，包含将要发送的消息。
   • 创建DatagramSocket。
   • 发送数据。

//客户端
//1、定义服务器的地址、端口号、数据
InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
int port = 10010;
byte[] data = "用户名：admin;密码：123".getBytes();
//2、创建数据报，包含发送的数据信息
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
//3、创建DatagramSocket对象
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
//4、向服务器发送数据
socket.send(packet);
//接受服务器端响应数据
//======================================
//1、创建数据报，用于接受服务器端响应数据
byte[] data2 = new byte[1024];
DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
//2、接受服务器响应的数据
socket.receive(packet2);
String raply = new String(data2, 0, packet2.getLength());
System.out.println("我是客户端，服务器说：" + raply);
//4、关闭资源
socket.close();

注意问题：

1、多线程的优先级问题：
根据实际的经验，适当的降低优先级，否侧可能会有程序运行效率低的情况
2、是否关闭输出流和输入流：
对于同一个socket，如果关闭了输出流，则与该输出流关联的socket也会被关闭，所以一般不用关闭流，直接关闭socket即可
3、使用TCP通信传输对象，IO中序列化部分
4、socket编程传递文件，IO流部分