Java 网络编程
一、概述
计算机网络是通过传输介质、通信设施和网络通信协议，把分散在不同地点的计算机设备互连起来，实现资源共享和数据传输的系统。网络编程就就是编写程序使联网的两个(或多个)设备(例如计算机)之间进行数据传输。Java语言对网络编程提供了良好的支持，通过其提供的接口我们可以很方便地进行网络编程。
二、网络编程基础知识
如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间能够进行相互通信是因为它们都共同遵守一定的规则，即网络协议。计算机网络体系结构是计算机网络层次和协议的集合，网络体系结构对计算机网络实现的功能，以及网络协议、层次、接口和服务进行了描述，但并不涉及具体的实现。接口是同一节点内相邻层之间交换信息的连接处，也叫服务访问点(SAP)。
网络编程主要有以下两个问题：
- 如何准确的定位网络上一台或多台主机
- 找到主机后如何可靠高效的进行数据传输
对于如何定位，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。
OSI参考模型
为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISO于1977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为开放系统互连参考模型，即OSI/RM (Open System Interconnection Reference Model)。OSI模型不是一个具体的协议，它是一个为了更好地理解并设计出灵活的、稳健且可互操作的网络体系结构而存在的模型。
OSI模型把网络通信的工作分为7层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
- 物理层
物理层处于OSI的最底层，是整个开放系统的基础。物理层涉及通信信道上传输的原始比特流(bits)，它的功能主要是为数据端设备提供传送数据的通路以及传输数据。
- 数据链路层
数据链路层的主要任务是实现计算机网络中相邻节点之间的可靠传输，把原始的、有差错的物理传输线路加上数据链路协议以后，构成逻辑上可靠的数据链路。需要完成的功能有链路管理、成帧、差错控制以及流量控制等。其中成帧是对物理层的原始比特流进行界定，数据链路层也能够对帧的丢失进行处理。
- 网络层
网络层涉及源主机节点到目的主机节点之间可靠的网络传输，它需要完成的功能主要包括路由选择、网络寻址、流量控制、拥塞控制、网络互连等。
- 传输层
传输层起着承上启下的作用，涉及源端节点到目的端节点之间可靠的信息传输。传输层需要解决跨越网络连接的建立和释放，对底层不可靠的网络，建立连接时需要三次握手，释放连接时需要四次挥手。
- 会话层和表示层
会话层的主要功能是负责应用程序之间建立、维持和中断会话，同时也提供对设备和结点之间的会话控制，协调系统和服务之间的交流，并通过提供单工、半双工和全双工3种不同的通信方式，使系统和服务之间有序地进行通信。
表示层关心所传输数据信息的格式定义，其主要功能是把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。
- 应用层
应用层为OSI的最高层，是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务。
TCP/IP参考模型
TCP/IP，即Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础。
TCP/IP协议是一个开放的网络协议簇，它的名字主要取自最重要的网络层IP协议和传输层TCP协议。TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP参考模型采用4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求，这4个层次分别是：网络接口层(物理层)、网络层(IP层)、传输层(TCP层)、应用层。
- 网络接口层
TCP/IP协议对网络接口层没有给出特定的协议，网络接口层对应着物理层和数据链路层。
- 网络层 ( IP层 )
互联网层是整个TCP/IP协议族的核心。TCP/IP支持的是网际协议(InternetProtocol，IP)，IP传输的是被称为数据报的分组，它的功能是把这些分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此，分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，这就需要上层必须对分组进行排序。互联网层除了需要完成路由的功能外，也可以完成将不同类型的网络（异构网）互连的任务。除此之外，互联网层还需要完成拥塞控制的功能。
- 传输层 ( TCP层 )
TCP层负责在应用进程之间建立端到端的连接和可靠通信，它只存在与端节点中。TCP层涉及两个协议，TCP传输控制协议和UDP用户数据报协议。其中，TCP协议提供面向连接的服务，提供按字节流的有序、可靠传输，可以实现连接管理、差错控制、流量控制、拥塞控制等。UDP协议提供无连接的服务，用于不需要或无法实现面向连接的网络应用中。
- 应用层
TCP/IP中的应用层相当于OSI模型中的会话层、表示层和应用层的组合，它为Internet中的各种网络应用提供服务。
三、网络协议
1.因特网互联协议(IP)
Internet Protocol因特网互联协议，即IP协议，属于网络层的协议。IP传输的被称为数据报的分组，它的功能是把这些分组发往目标网络或主机。每个数据报独立传输，不同的数据报可以走不同的路由，是端到端的通信。网络层的通信单位是数据报。
IP地址
在TCP/IP协议族中，用于在IP层识别每一个连接到因特网设备的唯一标识符，称为IP地址。IP地址是唯一的且是全球统一的。
IP地址(指IPV4)是由一4个8位的二进制数组成，长度共32位，即地址空间为2^32，超过40亿，按字节来算，8个比特位为一个字节，所以共4个字节。
为了方便记忆，一般都将这4个二进制数转换为十进制，每个十进制数的范围是0 ~ 255。
IP地址 = 网络地址 +主机地址
- 网络地址：net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，网络地址表示其属于互联网的哪一个网络。
- 主机地址：host-id，它标志该主机（或路由器），主机地址表示其属于该网络中的哪一台主机。
IP地址分为分为A、B、C三类地址及特殊地址D、E，其中全为0和全为1的地址数都保留不用。
以A类为例，地址范围为1.0.0.1 - 126.255.255.254，详细了解见这篇文章
查看本机的IP地址：ipconfig 测试网络是否通畅：ping （再加上）目标IP地址
DNS域名解析
网络通讯大部分是基于IP地址的，所以计算机在网络上进行通讯时只能识别如“202.96.134.133”之类的IP地址，而不能认识域名。我们无法记住太多的数字IP地址的网站，所以我们访问网站时，更多的是在浏览器地址栏中输入域名(www.google.com)，就能访问想要访问的网站，这是因为有一个叫“DNS服务器”的计算机自动把我们的域名“翻译”成了相应的IP地址，然后调出IP地址所对应的网页。
DNS( Domain Name System)是“域名系统”的英文缩写，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，它用于TCP/IP网络，它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。DNS就是这样的一位“翻译官”，它的基本工作原理可用下图来表示。
先根据一张流程图大致了解DNS域名解析的整个过程的：
1.域名结构
由于因特网的用户数量较多，所以因特网在命名时采用的是层次树状结构的命名方法。任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名(domain name)。这里，“域”(domain)是名字空间中一个可被管理的划分。
这是中央电视台用于手法电子邮件的计算机的域名，它由三个标号组成，其中标号com是顶级域名，标号cctv是二级域名，标号mail是三级域名。
域名只是逻辑概念，并不代表计算机所在的物理地点。据2006年12月统计，现在顶级域名TLD(Top Level Domain)已有265个，分为三大类：
- 国家顶级域名nTLD：采用ISO3166的规定。如：cn代表中国，us代表美国，uk代表英国，等等。国家域名又常记为ccTLD(cc表示国家代码contry-code)。
- 通用顶级域名gTLD：最常见的通用顶级域名有7个，即：com(公司企业)，net(网络服务机构)，org(非营利组织)，int(国际组织)，gov(美国的政府部门)，mil(美国的军事部门)。
- 基础结构域名(infrastructure domain)：这种顶级域名只有一个，即arpa，用于反向域名解析，因此称为反向域名。
2.域名服务器
根服务器是最高层次的域名服务器，也是最重要的域名服务器。所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。不管是哪一个本地域名服务器，若要对因特网上任何一个域名进行解析，只要自己无法解析，就首先求助根域名服务器。所以根域名服务器是最重要的域名服务器。假定所有的根域名服务器都瘫痪了，那么整个DNS系统就无法工作。
需要注意的是，在很多情况下，根域名服务器并不直接把待查询的域名直接解析出IP地址，而是告诉本地域名服务器下一步应当找哪一个顶级域名服务器进行查询。
顶级域名服务器：负责管理在该顶级域名服务器注册的二级域名。
权限域名服务器：负责一个“区”的域名服务器。
本地域名服务器：本地服务器不属于下图的域名服务器的层次结构，但是它对域名系统非常重要。当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。
3.域名的解析过程
主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。
所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)，而不是让主机自己进行下一步查询。因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。
本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。
迭代查询的特点：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地服务器进行后续的查询。根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。最后，知道了所要解析的IP地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机。 
下面举一个例子演示整个查询过程：
假定域名为m.xyz.com的主机想知道另一个主机y.abc.com的IP地址。例如，主机m.xyz.com打算发送邮件给y.abc.com。这时就必须知道主机y.abc.com的IP地址。
下面是上图a的几个查询步骤：
1、主机m.abc.com先向本地服务器dns.xyz.com进行递归查询。
2、本地服务器采用迭代查询。它先向一个根域名服务器查询。
3、根域名服务器告诉本地服务器，下一次应查询的顶级域名服务器dns.com的IP地址。
4、本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com进行查询。
5、顶级域名服务器dns.com告诉本地域名服务器，下一步应查询的权限服务器dns.abc.com的IP地址。
6、本地域名服务器向权限域名服务器dns.abc.com进行查询。
7、权限域名服务器dns.abc.com告诉本地域名服务器，所查询的主机的IP地址。
8、本地域名服务器最后把查询结果告诉m.xyz.com。
整个查询过程共用到了8个UDP报文。
为了提高DNS查询效率，并减轻服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量，在域名服务器中广泛使用了高速缓存，用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。
2.TCP协议
TCP（Transmission Control Protocol ，传输控制协议）是面向连接的传输层协议。TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。TCP协议采用字节流传输数据。
TCP报文格式：
下面是报文段首部各个字段的含义。
- 源端口号以及目的端口号，各占2个字节，端口是传输层和应用层的服务接口，用于寻找发送端和接收端的进程，一般来讲，通过端口号和IP地址，可以唯一确定一个TCP连接，在网络编程中，通常被称为一个socket接口。
- 序号，Seq占4字节，32位，用来标识从TCP发送端向TCP接收端发送的数据字节流。
- 确认序号，Ack占4字节，32位，包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号，因此，确认序号应该是上次已经成功收到数据字节序号加1，Ack = Seq + 1。
- 数据偏移，占4位，用于指出TCP首部长度，若不存在选项，则这个值为20字节，数据偏移的最大值为60字节。
- 保留字段占6位，暂时可忽略，值全为0
- 标志位
URG（紧急） : 为1时表明紧急指针字段有效
ACK（确认）：为1时表明确认号字段有效
PSH（推送）：为1时接收方应尽快将这个报文段交给应用层
RST（复位）：为1时表明TCP连接出现故障必须重建连接
SYN（同步）：在连接建立时用来同步序号
FIN （终止）： 为1时表明发送端数据发送完毕要求释放连接- 接收窗口占2个字节，用于流量控制和拥塞控制，表示当前接收缓冲区的大小。在计算机网络中，通常是用接收方的接收能力的大小来控制发送方的数据发送量。TCP连接的一端根据缓冲区大小确定自己的接收窗口值，告诉对方，使对方可以确定发送数据的字节数。
- 校验和占2个字节，范围包括首部和数据两部分。
- 选项是可选的，默认情况是不选。
对于端口：
端口(port)--概念
在网络技术中，端口(Port)有好几种意思。集线器、交换机、路由器的端口指的是连接其他网络设备的接口，如RJ-45端口、Serial端口等。这里所指的端口不是指物理意义上的端口，而是特指TCP/IP协议中的端口，是逻辑意义上的端口。
如果把IP地址比作一间房子，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口可以有65536(即：2^16)个之多!端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0到65535(2^16 - 1)。
端口(port)--分类
有65536个端口0号是保留端口，1-1024是固定端口又叫有名端口，即被某些程序固定使用，一般程序员不使用。
22：SSH远程登录协议 23：telnet使用 21：ftp使用
25：smtp服务使用 80：iis使用 7：echo服务
1025-65535是动态端口，这些端口，程序员可以使用
端口(port)--注意事项
1、在计算机(尤其是做服务器)要尽可能的少开端口；
2、一个端口只能被一个程序监听；
3、如果使用netstat -an可以查看本机有哪些端口在监听
4、可以使用netstat -anb来查看监听端口的pid，在结合任务管理器关闭不需要的端口。
TCP连接：
TCP提供一种面向连接的，可靠的字节流服务。面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。
三次握手建立连接
所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：
- TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
- TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
- TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
- TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
- 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
客户端最后一次确认发送的原因：
主要是防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。
如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。
如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。
四次挥手释放连接
数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。流程如下图：
- 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
- 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
- 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
- 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
- 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗MSL（2倍最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
- 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
为什么客户端最后还要等待2MSL？
MSL（Maximum Segment Lifetime最长报文段寿命），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。
第一，保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。
第二，防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。
为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？
建立连接的时候， 服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。
而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。
如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
另外需要注意的是，每一端都可以主动关闭连接（即首先发送携带FIN的一端），一般由客户端决定决定何时终止连接。
3.UDP协议
UDP，用户数据报协议，英文全称是User Datagram Protocol，它是TCP/IP协议簇中无连接的运输层协议。
- UDP协议格式
从图中可以看到，UDP协议十分简单，它由两部分组成：首部和数据。其中，首部仅有8个字节，包括源端口和目的端口，长度（UDP用于数据报的长度）、校验和。
4.HTTP/HTTPS协议
HTTP，超文本传输协议，英文全称是Hypertext Transfer Protocol，它是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。HTTP是一种应用层协议，它是基于TCP协议之上的请求/响应式的协议，即一个客户端与服务器建立连接后，向服务器发送一个请求；服务器接到请求后，给予相应的响应信息。HTTP协议默认的端口号为80.
HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。它是一个URI scheme（抽象标识符体系），句法类同http:体系。用于安全的HTTP数据传输。https:URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。
这是网络编程中两个极其重要的协议，详细分析可见这篇文章
四、Java网络编程
Java的网络编程主要涉及到的内容是Socket编程，即Socket套接字，就是两台主机之间逻辑连接的端点。TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。
Socket，本质上就是一组接口，位于java.net包，是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。
Socket编程主要涉及到客户端和服务器端两个方面，首先是在服务器端创建一个服务器套接字(ServerSocket)，并把它附加到一个端口上，服务器从这个端口监听连接。客户端请求与服务器进行连接的时候，根据服务器的域名或者IP地址，加上端口号，打开一个套接字。当服务器接受连接后，服务器和客户端之间的通信就像输入输出流一样进行操作。
通信方式：
主要有三种形式的通信：单工、半双工和全双工：
- 如果甲可以向乙发送数据，但是乙不能向甲发送数据，这样的通信就是单工通信(Simplex Communication)。单工数据传输只支持数据在一个方向上传输，就和传呼机一样。
- 半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信，就和对讲机一样；
- 全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力，就和电话一样。
Socket通信实战
1.Socket与ServerSocket类
java.net.Socket类，此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点。主要方法如下：
构造方法 |
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。 |
构造方法 |
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。 |
void |
close() 关闭此套接字。 |
void |
connect(SocketAddress endpoint) 将此套接字连接到服务器。 |
void |
connect(SocketAddress endpoint, int timeout) 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。 |
SocketChannel |
getChannel() 返回与此数据报套接字关联的唯一 SocketChannel 对象（如果有）。 |
InetAddress |
getInetAddress() 返回套接字连接的地址。 |
InputStream |
getInputStream() 返回此套接字的输入流。 |
OutputStream |
getOutputStream() 返回此套接字的输出流。 |
boolean |
isConnected() 返回套接字的连接状态。 |
java.net.ServerSocket类，此类实现服务器套接字。服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。主要方法如下：
| 构造方法 | ServerSocket() 创建非绑定服务器套接字。 |
| 构造方法 | ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。 |
Socket |
accept() 侦听并接受到此套接字的连接。 |
void |
close() 关闭此套接字。 |
InetAddress |
getInetAddress() 返回此服务器套接字的本地地址。 |
int |
getLocalPort() 返回此套接字在其上侦听的端口。 |
boolean |
isBound() 返回 ServerSocket 的绑定状态。 |
boolean |
isClosed() 返回 ServerSocket 的关闭状态。 |
2.单对单数据交互
完成一个客户端和服务器端进行数据交互的简单例子，客户端输入正方形的边长，服务器端接收到后计算面积并返回给客户端，通过这个例子可以初步对Socket编程有个把握。
实现服务器端：
public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//设置端口号
int port = 6066;
//在此端口号上创建服务器套接字
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
//监听来自客户端，对于port端口的链接，阻塞直到链接完成
Socket socket = serverSocket.accept();
//将客户端链接输入套接上，从socket中读取数据
DataInputStream dis = new DataInputStream(
new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
do {
double len = dis.readDouble();
System.out.println("服务器接收，正方形边长为： "+len);
double result = len * len;
dos.writeDouble(result);
System.out.println("服务器发送，正方形面积为： "+result);
dos.flush(); //刷新缓存
}while (dis.readInt() != 0);
//关闭链接
socket.close();
serverSocket.close();
}
}
实现客户端：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
int port = 6066;
String host = "localhost";//主机
//创建一个套接字并将其连接到指定端口号
Socket socket = new Socket(host,port);
//创建输入输出流
DataInputStream dis = new DataInputStream(
new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
//客户端从键盘输入数据
Scanner in = new Scanner(System.in);
boolean flag = false;
while (!flag) {
System.out.println("输入正方形的边长：");
double len = in.nextDouble();
//将数据写入输出流中
dos.writeDouble(len);
dos.flush();
double area = dis.readDouble();
System.out.println("服务器返回的计算面积为:" + area);
while (true) {
System.out.println("继续计算？(Y/N)");
String str = in.next();
if (str.equalsIgnoreCase("N")) {
dos.writeInt(0);//结束通信约定
dos.flush();
flag = true;
break;
} else if (str.equalsIgnoreCase("Y")) {
dos.writeInt(1);
dos.flush();
break;
}
}
}
}
}
3.单对多数据交互
即一个服务器端程序能同时为多个客户提供服务，可以使用多线程机制，每个客户端的请求都由一个独立的线程进行处理。客户端不用做处理，修改服务端程序即可：
public class ServerM {
public static void main(String[] args) throws IOException {
int port = 7000;
int clientNo = 1;
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
// 创建线程池
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
try {
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
exec.execute(new SingleServer(socket, clientNo));
clientNo++;
}
} finally {
serverSocket.close();
}
}
}
class SingleServer implements Runnable {
private Socket socket;
private int clientNo;
public SingleServer(Socket socket, int clientNo) {
this.socket = socket;
this.clientNo = clientNo;
}
@Override
public void run() {
try {
DataInputStream dis = new DataInputStream(
new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));
do {
double len = dis.readDouble();
System.out.println("从客户端" + clientNo + "接收到的边长数据为：" + len);
double result = len * len;
dos.writeDouble(result);
dos.flush();
} while (dis.readInt() != 0);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("与客户端" + clientNo + "通信结束");
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}上面改进后的服务器端代码可以支持不断地并发响应网络中的客户请求。关键的地方在于多线程机制的运用，同时利用线程池可以改善服务器程序的性能。
参考文章：
《TCP/IP 协议族》
https://www.jianshu.com/p/ae5e1cee5b04
https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/526203233
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