基于Java的Scoket编程
作者：爱海滔滔
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。）
3、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：脚本之家 https://www.jb51.net
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。
代码演示
例：基于TCP的数据传输，传递字符串
服务器端：
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) {
try {
/*
* 1、创建serverScoket对象
* 2、调用accept()方法开启监听
* 3、获取文件流（输出流或输入流）
* 4、执行读写操作
* 5、关闭流
* 6、关闭serversocket。
*/
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
System.out.println("服务器已经启动！");
// 接收客户端发送的信息
Socket socket = server.accept();
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String info = null;
while ((info = br.readLine()) != null) {
System.out.println(info);
}
// 向客户端写入信息
OutputStream os = socket.getOutputStream();
String str = "欢迎登陆到server服务器!";
os.write(str.getBytes());
// 关闭文件流
os.close();
br.close();
is.close();
socket.close();
server.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端：
public class SocketClient {
public static void main(String[] args) {
try {
/*
* 1、创建socket，指定服务器的地址和端口号
* 2、创建文件流
* 3、执行读取或者写入操作
* 4、关闭文件流
* 5、关闭socket
*/
System.out.println("客户端已启动!");
Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
String msg = "用户名：张三 密码：123123";
os.write(msg.getBytes());
socket.shutdownOutput();
//获取服务器响应信息
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String info = null;
while ((info = br.readLine()) != null) {
System.out.println(info);
}
//关闭资源
br.close();
os.close();
is.close();
socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
例：基于TCP的数据传输，传输对象
服务器端：
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) {
try {
/*
* 1、创建serverScoket对象
* 2、调用accept()方法开启监听
* 3、获取文件流（输出流或输入流）
* 4、执行读写操作
* 5、关闭流
* 6、关闭serversocket。
*/
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
System.out.println("服务器已经启动！");
// 接收客户端发送的信息
Socket socket = server.accept();
InputStream is = socket.getInputStream();
// 执行反序列化
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
Student stu = (Student) ois.readObject();
stu.Show();
// 向客户端写入信息
OutputStream os = socket.getOutputStream();
String str = "欢迎登陆到server服务器!";
os.write(str.getBytes());
// 关闭文件流
ois.close();
os.close();
is.close();
socket.close();
server.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端：
public class SocketClient {
public static void main(String[] args) {
try {
/*
* 1、创建socket，指定服务器的地址和端口号
* 2、创建文件流
* 3、执行读取或者写入操作
* 4、关闭文件流
* 5、关闭socket
*/
System.out.println("客户端已启动!");
Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//创建对象
Student stu = new Student();
stu.setName("张三");
stu.setPwd("123123");
//执行序列化操作
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
oos.writeObject(stu);
socket.shutdownOutput();
//获取服务器响应信息
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String info = null;
while ((info = br.readLine()) != null) {
System.out.println(info);
}
//关闭资源
br.close();
is.close();
oos.close();
os.close();
socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
例：基于多线程的通讯请求，多客户端访问服务器
服务器端：
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) {
try {
/*
* 1、创建serverScoket对象 2、调用accept()方法开启监听 3、获取文件流（输出流或输入流） 4、执行读写操作
* 5、关闭流 6、关闭serversocket。
*/
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
System.out.println("服务器已经启动！");
// 接收客户端发送的信息
while (true) {
//阻塞会让程序停止
Socket socket = server.accept();
ServerThread st = new ServerThread(socket);
st.start();
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
线程类：
public class ServerThread extends Thread {
private Socket socket;
public ServerThread(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
public void run() {
InputStream is;
try {
is = socket.getInputStream();
// 执行反序列化
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
Student stu = (Student) ois.readObject();
stu.Show();
// 向客户端写入信息
OutputStream os = socket.getOutputStream();
String str = "欢迎登陆到server服务器!";
os.write(str.getBytes());
// 关闭文件流
os.close();
ois.close();
is.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端：
public class SocketClient {
public static void main(String[] args) {
try {
/*
* 1、创建socket，指定服务器的地址和端口号
* 2、创建文件流
* 3、执行读取或者写入操作
* 4、关闭文件流
* 5、关闭socket
*/
System.out.println("客户端已启动!");
Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//创建对象
Student stu = new Student();
stu.setName("张三");
stu.setPwd("123123");
//执行序列化操作
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
oos.writeObject(stu);
socket.shutdownOutput();
//获取服务器响应信息
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String info = null;
while ((info = br.readLine()) != null) {
System.out.println(info);
}
//关闭资源
br.close();
is.close();
oos.close();
os.close();
socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
例：基于UDP的数据传递
服务端：
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) {
try {
byte[] bytes = new byte[1024];
//创建一个包对象
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
//创建一个socket对象
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
//接收消息
socket.receive(packet);
//将字节数组转换为字符串
String msg = new String(packet.getData(), 0,
packet.getLength());
//输出客户端的IP地址和消息
System.out.println(packet.getAddress().getHostAddress() + ":" + msg);
socket.close();
} catch (SocketException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端：
public class SocketClient {
public static void main(String[] args) {
try {
//定义要发送的消息
String msg = "用户名：张三 密码:123";
//获取服务器的地址
InetAddress add = InetAddress.getByName("localhost");
//创建packet包对象，封装要发送的包数据和服务器地址和端口号
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msg.getBytes(),
msg.getBytes().length, add, 8888);
//创建Socket对象
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
//发送消息到服务器
socket.send(packet);
//关闭socket
socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (SocketException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}