Java中Socket网络通信原理

Socket的基本概念
1．建立连接

当需要建立网络连接时，必须有一台机器运行一个程序，随时等候连接，而另一端的程序这对其发出连接请求。这一点同电话系统类似——必须有一方拨打电话，而另一方必须等候电话连通。建立连接的过程为：
（1）现在服务器端生成一个ServerSocket实例对象，随时监听客户端的连接请求。
（2）当客户端需要连接时，相应地要生成一个Socket实例对象，并发出连接请求，其中host参数指明该主机名，port#参数指明该主机端口号。
（3）服务器端通过accept()方法接收到客户端的请求后，开辟一个接口与之进行连接，并生成所需的I/O数据流。
（4）客户端和服务器端的通信都是通过一对InputStream和OutputStream进行的，通信结束后，两端分别关闭对应的Socket接口。
2.连接地址

打电话时，呼叫方必须事先知道所需拨打的号码，而程序建立网络连接时，也同样需要知道地址或主机名称。另外，网络连接还需要一个端口号（可以将其当作电话的分机号），连接到正确的主机之后，需要对该连接确认特定口令。某些情况下，还需要使用一个扩展号码与网络计费系统相连，于是相应地要有一个特定端口号用于连接计费程序。
3.端口号

在TCP/IP系统中，端口号由16位二进制整数组成，即在0-65535之间。实际应用中，前1024个端口号已经预先定义为一些特定服务，因此一般不能使用，除非想同这些服务器进行连接（如Telnet，SMTP，mail，ftp等）。在两个程序连接之前，彼此之间必须达成一致，即由客户端负责初始化连接，而服务器随时等候请求。只有客户端和服务器端指定端口号一致时连接才会建立。如果系统中两个程序所用端口号不一致，这连接无法建立。
4.网络连接模式
在Java中，TCP/IP接口的连接是由java.net包中的类实现的

每个server端都拥有一个端口号，一台机器上如果运行多个服务，这可能对应多个端口号。通信结束后，两端分别关闭对应的Socket接口，而不影响其他的端口。
Socket通信的基本步骤
使用Socket方式进行网络通信的程序基本结构都是类似的，无论一个Socket通信程序的功能多么齐全、程序多么复杂，其基本结构都是一样的。客户端与服务器端进行通信的过程都包括以下四个基本步骤：
（1）在服务器端指定一个用来等待连接的端口号，在客户端规定一个主机和端口号，从而在客户端和服务器端创建Socket/ServerSocket实例。
（2）打开连接到Socket的输入输出流。
（3）利用输入输出流，按照一定的协议对Socket进行读写操作。
（4）关闭输入输出流和Socket
通常，程序员的主要工作时针对所要完成的功能砸器第（3）步进行编程，第（1）、（2）、（4）步对所有的通信程序来说几乎都是一样的。
Socker通信的程序设计
1.服务器端程序


TCP/IP服务器端应用程序是通过Java语言中提供的ServerSocket和Socket这两个有关网络的类来实现的。而ServerSocket类除了建立一个Server之外，还通过accept()方法提供了随时监听客户端连接请求的功能，它的构造方法有以下两种。
ServerSocket(int port)
ServerSocket(int port,int backlog)
其中port是指连接中对方的端口号，backlog则表示服务器端所能支持的最大连接数。下面的程序用来监听客户端应用程序建立连接的请求，并在连接建立后向客户端发送信息。

Java中的网络通信时通过Socket实现的，Socket分为ServerSocket和Socket两大类，ServerSocket用于服务器端，可以通过accept方法监听请求，监听请求后返回Socket，Socket用于完成具体数据传输，客户端也可以使用Socket发起请求并传输数据。ServerSocket的使用可以分为三步：

• 创建ServerSocket。ServerSocket的构造方法有5个，其中最方便的是ServerSocket(int port)，只需要一个port就可以了。
• 调用创建出来的ServerSocket的accept方法进行监听。accept方法是阻塞方法，也就是说调用accept方法后程序会停下来等待连接请求，在接受请求之前程序将不会继续执行，当接收到请求后accept方法返回一个Socket。
• 使用accept方法返回的Socket与客户端进行通信

如下代码，我们在服务器端创建ServerSocket，并调用accept方法监听Client的请求，收到请求后返回一个Socket。

Java代码展示一下：

public class Server {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        try {
            //创建一个ServerSocket监听8080端口
            ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
            //等待请求
            Socket socket = server.accept();
            //接受请求后使用Socket进行通信，创建BufferedReader用于读取数据
            BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String line = is.readLine();
            System.out.println("received frome client:" + line);
            //创建PrintWriter，用于发送数据
            PrintWriter pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            pw.println("this data is from server");
            pw.flush();
            //关闭资源
            pw.close();
            is.close();
            socket.close();
            server.close();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

然后我们再看看客户端的Socket代码，Socket的使用也是一样，首先创建一个Socket，Socket的构造方法非常多，这里用的是Socket(String host, int port)，把目标主机的地址和端口号传入即可（本实验代码中服务器和Client代码没有在同一台机器上，服务器的IP地址：192.168.6.42，所以如果读者在实验过程中ServerSocket和Client在同一主机下，那么Client中的IP地址需要更改为：127.0.0.1，Socket创建的过程就会跟服务器端建立连接，创建完Socket后，再创建Writer和Reader来传输数据，数据传输完成后释放资源关闭连接。

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        String msg = "Client data";
        
        try {
            //创建一个Socket，跟服务器的8080端口链接
            Socket socket = new Socket("192.168.6.42",8080);
            //使用PrintWriter和BufferedReader进行读写数据
            PrintWriter pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            //发送数据
            pw.println(msg);
            pw.flush();
            //接收数据
            String line = is.readLine();
            System.out.println("received from server" + line);
            //关闭资源
            pw.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();
        }
    }

}

最后先启动Server然后启动Client就可以完成一次Client和Server的通信。

扩展：
ServerSocket中常用的构造函数及方法


构造函数：ServerSocket(intport) 这是一个构造方法，用于在当前的服务器默认的IP地址上监听一个指定的端口，即在指定的IP和端口创建一个ServerSocket对象


方法：


Socket accept()产生阻塞，监听指定的端口，直至有客户端发来连接请求


void close() 关闭当前ServerSocket


InetAddressgetInetAddress() 返回ServerSocket监听的，本机的IP地址
intgetLocalPort() 返回ServerSocket监听的，本机的IP地址上指定的端口号


intgetSoTimeout();void setSoTimeout(int timeout) 设置连接过程中没有得到相应的等待期限时间（TimeOut）


StringtoString()   以字符串的方式返回ServerSocket监听的，本机的IP地址及其端口号


Socket类中常用的构造函数和方法


构造函数：Socket(InetAddressaddress,int port) 用于创建一个链接，向指定的IP地址上指定的端口的服务器端程序发送连接请求


Socket(Stringhost,int port)   同上，但该方法允许通过主机名字符串向服务器发送连接请求


方法：


void close（）关闭当前的Socket 连接


InetAddressgetInetAddress() 返回Socket建立了连接的服务器的IP地址


InputStreamgetInputStream() 返回当前Socket的输入流


OutputStreamgetOutStream() 返回当前Socket的输出流


InetAddressgetLocalAddress() 返回和Socket进行连接的本地的IP地址


intgetLocalPort() 返回和Socket进行连接的本地的端口号


int getPort() 返回和Socket建立了连接的服务器的端口号


intgetSoTimeOut();void setSoTimeOut(int timeout) 设置连接过程中没有得到相应的等待期限时间


String toString() 以字符串的方式返回Socket的属性信息


 
Socket类的构造方法包括以下几种：
public Socket(String host,int port)
public Socket(InetAddress address,int port)
public Socket(String host,int port,InetAddresslocalAddr,int localPort)
public Socket(InetAddress host,int port, InetAddress,localAddr,intlocalPort)
在JDK1.1以前，Socket类可同时用于TCP/UDP通信：
public Socket(String host,int port,Booleanstream)
public Socket(InetAddress host,int port, Booleanstream)
Socket类的输入/输出流管理包括以下方法：
public InputStream getInputStream()
public void shutdowmInput()
public OutputStream get OutputStream ()
public void shutdowmOutput()
以上这些方法都将抛出IOException异常，程序中需要捕获并处理。
关闭Socket的方法为：
public void close() throws IOException
设置/获取Socket数据的方法为：
public InetAddress getInetAddress()
public int getPort()
public void setSoTimeout(int timeout)
这些方法都将抛出SocketException异常，程序中需要捕获并处理。
ServerSocket类的构造方法包括以下几种：
public ServerSocket (int Port)
public ServerSocket (int Port,int backlog):支持指定数目的连接
public ServerSocket (int Port,intbacklog,InetAddress bindAddr)
这些方法都将抛出IOException异常，程序中需要捕获并处理。
public Socket  accept():等待客户端的连接
public void close():关闭Socket
设置/获取Socket数据的方法包括：
public InetAddress  get InetAddress ()
public int getLocalPort()
public void setSoTimeout(int timeout)
这些方法都将抛出SocketException异常，程序中需要捕获并处理。