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Java 中提供了专门的网络编程程序包 java.net,提供了两种通信协议:UDP(数据报协议)和 TCP(传输控制协议),本文对两种通信协议的开发进行详细介绍。
1
UDP 介绍
UDP:User Datagram Protocol,是一种无连接的传输层协议,是不可靠的消息传输服务。UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法。
UDP 的特点是非面向连接,传输不可靠,数据可能丢失。一般用于各种聊天工具、音频或者多媒体应用,对数据传输的完整性要求不是特别高的场景。
在 UDP 开发中使用 DatagramPacket 类包装一条要发送的消息,然后用 DatagramSocket 类完成消息的发送。
下面我们来通过一个的示例来了解 UDP 编程,编写一个客户端程序,在客户端里指定要接收数据(服务端)的端口以及要发送的数据,打包数据后进行发送;编写一个服务端程序,在服务端里接收客户端发来的数据并输出。
// 客户端发送消息
@Test
public void testClient() throws IOException {
// 1、创建客户端指定端口为6666
DatagramSocket client = new DatagramSocket(6666);
// 2、准备数据
String msg = "测试UDP!";
byte[] data = msg.getBytes();
// 3、打包数据,InetSocketAddress端口为服务端的端口
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, new InetSocketAddress("localhost", 8888));
// 4、发送数据
client.send(packet);
// 5、释放资源
client.close();
}
// 服务端接收消息
@Test
public void testServer() throws IOException {
// 1、创建服务端指定端口为8888
DatagramSocket server = new DatagramSocket(8888);
// 2、准备接受输入的缓存字节数组
byte[] buf = new byte[1024];
// 3、封装成DatagramPacket包
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
// 4、接受数据
server.receive(packet);
// 5、分析数据
byte[] data = packet.getData();
System.out.println(new String(data, 0, packet.getLength()));
// 6、释放资源
server.close();
}
首先运行服务端程序,然后运行客户端程序,观察服务端程序的控制台的运行结果:
测试UDP!
下面我们结合 IO 流,来演示一个发送基本数据类型的示例,客户端向服务端发送一个用户的名称和年龄,假设用户名为 JPM,年龄为 18 岁。
// 客户端发送数据
@Test
public void client() throws IOException {
// 1、创建客户端指定端口为6666
DatagramSocket client = new DatagramSocket(6666);
// 2、准备数据
String name = "JPM";
int age = 18;
byte[] data = buildData(name, age);
// 3、打包数据,InetSocketAddress端口为服务端的端口
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, new InetSocketAddress("localhost", 8888));
// 4、发送数据
client.send(packet);
// 5、释放资源
client.close();
}
private byte[] buildData(String name, int age) throws IOException {
byte[] data = null;
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(bos);
dos.writeUTF(name);
dos.writeInt(age);
dos.flush();
data = bos.toByteArray(); // 获取数据
dos.close();
bos.close();
return data;
}
// 服务端接收数据
@Test
public void server() throws IOException {
// 1、创建服务端指定端口为8888
DatagramSocket server = new DatagramSocket(8888);
// 2、准备接受输入的缓存字节数组
byte[] buf = new byte[1024];
// 3、封装成DatagramPacket包
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
// 4、接受数据
server.receive(packet);
// 5、分析数据
String data = getData(packet.getData());
System.out.println(data);
// 6、释放资源
server.close();
}
private String getData(byte[] data) throws IOException {
DataInputStream dis = new DataInputStream(new ByteArrayInputStream(data));
String name = dis.readUTF();
int age = dis.readInt();
dis.close();
return name + "的年龄是:" + age;
}
首先运行服务端程序,然后运行客户端程序,观察服务端程序的控制台的运行结果:
JPM的年龄是:18
2
TCP 介绍
TCP,Transmission Control Protocol,是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP 的特点是面向连接的、点到点的、高可靠的,需要通过三次握手建立连接。
在 Java 中使用 Socket(套接字)完成 TCP 程序的开发。服务器端使用 ServerSocket 类来接受客户端的连接,每一个客户端都使用一个 Socket 对象表示。
服务器端要使用 accept() 方法等待客户端的连接,此方法执行后服务器端进入阻塞状态,直到客户端连接之后程序才可以继续执行。accept() 方法返回的是一个 Socket 类型的对象,每一个 Socket 对象都表示一个客户端对象。
在客户端,可以通过 Socket 类的 getInputStream() 方法获取服务器的输出信息,在服务器端可以通过 Socket 类的 getOutputStream() 方法获取客户端的输出信息,因此说网络程序员要使用 Java IO 输入、输出流来完成信息的传递。
下面演示一个 TCP 程序的示例,服务器接收到客户端的连接后返回给客户端“Hello,欢迎使用!”,客户端接收服务端的数据并输出到控制台。
// 服务器端程序
@Test
public void testServer() throws IOException {
// 1、创建服务器指定8888端口
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
// 2、接收客户端连接,阻塞式
Socket socket = server.accept();
System.out.println("建立客户端连接");
// 3、发送数据
String msg = "Hello,欢迎使用!";
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
bw.write(msg);
// 必须调用此方法,否则客户端readLine()会执行会发生Connection reset异常
bw.newLine();
bw.flush();
server.close();
}
// 客户端程序
@Test
public void testClient() throws IOException {
// 1、创建客户端连接,指定服务器的域名和端口
Socket client = new Socket("localhost", 8888);
// 2、接收数据
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
String msg = br.readLine(); // 阻塞式方法
System.out.println(msg);
client.close();
}
首先运行服务端程序,然后运行客户端程序,观察控制台的运行结果:
服务端控制台输出:
建立客户端连接
客户端控制台输出:
Hello,欢迎使用!
注意:如果服务端已经开启一个 8888 端口的服务,那么再次开启 8888 端口服务端的程序会发生绑定端口异常,如:java.net.BindException: Address already in use: JVM_Bind
以上的程序一个服务端只能接收一个客户端,并只能处理一次客户端请求,如果想实现一个服务端可以接收多个客户端的连接,那么需要在服务端程序上加入一个 while 无限循环来完成。
3
TCP 通信的经典案例
下面的代码实现网络编程通信的一个经典案例,就是客户端输入消息,服务器接收到客户端的消息后,在客户端发来的消息内容前面加上“echo:”并返回给客户端,直到客户端输入“exit”时退出连接。
// 服务器端程序
@Test
public void testMultiServer() throws IOException {
// 创建服务器指定8888端口
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
Socket client = null;
PrintStream out = null;
BufferedReader buf = null;
boolean sts = true;// 默认无限循环
// while循环接收客户端连接
while (sts) {
System.out.println("======服务器已经运行,等待客户端的链接:======");
client = server.accept();
System.out.println("建立客户端连接");
// 得到客户端的输入信息
buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
// 实例化客户端的输出流,用于输出消息
out = new PrintStream(client.getOutputStream());
boolean flag = true;
while (flag) {
String str = buf.readLine();// 不断接收输入的消息
if ("exit".equals(str)) { // 客户端结束输入
flag = false;
} else {
out.println("echo:" + str);
}
}
out.close();
client.close();
}
server.close();
}
// 客户端程序
@Test
public void testClient2() throws IOException {
// 创建客户端连接,指定服务器的域名和端口
Socket client = new Socket("localhost", 8888);
// 接收服务器端的输入
BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
// 从键盘接收输入
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
// 向服务器端输出消息
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
boolean flag = true;
while (flag) {
System.out.print("请输入消息:");
String msg = reader.readLine();// 从键盘接收输入的数据
out.println(msg); // 输出到服务器端
if ("exit".equals(msg)) {
flag = false;
} else {
System.out.println(buf.readLine()); // 输出服务器返回的消息
}
}
client.close();
reader.close();
buf.close();
}
首先运行服务端程序,然后运行客户端程序,观察控制台的运行结果:
服务端控制台输出:
======服务器已经运行,等待客户端的链接:======
建立客户端连接
======服务器已经运行,等待客户端的链接:======
建立客户端连接
======服务器已经运行,等待客户端的链接:======
客户端1控制台:
请输入消息:你好,追梦Java
echo:你好,追梦Java
请输入消息:hello,java
echo:hello,java
请输入消息:exit
客户端2控制台:
请输入消息:客户端2
echo:客户端2
请输入消息:hello,客户端2
echo:hello,客户端2
请输入消息:exit
以上的程序结果来看,所有的客户端输入的内容,都会在服务器端加上“echo:”后回显给客户端,同时当一个客户端退出时,服务器端没有退出,而是会等待下一个客户端进行连接,服务器端可以重复执行。
但是在以上的程序中存在一个服务器端单线程处理的问题,也就是说以上的程序服务器端每次只能有一个客户端连接,其他的客户端只有等前面的客户端退出后,自己才能执行。
可以通过上面的程序,首先启动服务端,再启动一个客户端,然后再启动一个客户端的过程来感受。
4
多线程机制下的 TCP 编程
上面程序中存在服务器单线程服务的问题,由于 accept() 方法的阻塞机制,因此当客户端没有退出时,一个服务器只能处理已经连接上的客户端程序,在这个客户端没有退出前,其他客户端是无法连接的。
为了保证服务器可以同时连接多个客户端,可以在服务器端的程序里加上多线程机制,也就是说,每个客户端连接之后都启动一个线程,这样一个服务器就可以同时支持过个客户端连接了。
在服务器端加上多线程机制,就是需要在每个客户端连接之后启动一个新的线程。
因此,我们需要建立一个专门用于处理多线程操作的 EchoThread 类,实现 Runnable 接口。
public class EchoThread implements Runnable {
private Socket client = null;
public EchoThread(Socket client) {
this.client = client;
}
@Override
public void run() {
PrintStream out = null;
BufferedReader buf = null;
try {
// 得到客户端的输入信息
buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
// 实例化客户端的输出流
out = new PrintStream(client.getOutputStream());
boolean flag = true; // 表示一个客户端是否结束
while (flag) {
String str = buf.readLine();
if ("exit".equals(str)) {
flag = false;
} else {
out.println("echo:" + str);
}
}
out.close();
buf.close();
client.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
下面在服务器程序 EchoThreadServer 类加上多线程的调用,使用 EchoThread 类:
public class EchoThreadServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
Socket client = null;
boolean flag = true;
while (flag) {
System.out.println("======服务器已经运行,等待客户端的链接:======");
client = server.accept();
// 启动一个EchoThread线程来处理一个独立的客户单
new Thread(new EchoThread(client)).start();
}
server.close();
}
}
客户端程序不变,首先运行服务端程序 EchoThreadServer,然后分别运行客户端程序两次,观察控制台的运行结果:
服务端控制台输出:
======服务器已经运行,等待客户端的链接:======
建立客户端连接
建立客户端连接
客户端1控制台:
请输入消息:我是客户端1
echo:我是客户端1
请输入消息:hello1
echo:hello1
请输入消息:exit
客户端2控制台:
请输入消息:我是客户端2
echo:我是客户端2
请输入消息:hello2
echo:hello2
请输入消息:exit
从上面的例子可以看出,服务端支持多个客户端的连接,并且每个客户端都可以独立与服务端进行交互,互不影响。
通过上面的介绍,对 Java 的网络编程有了进一步的认识,后面会基于以上的内容结合 Java IO 流来实现一个聊天室的功能,敬请期待......
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