Java成长记 Socket应用
Java最初就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。网络编程中，最常使用的就是Scoket。如QQ,MSN都使用了Scoket相关的技术。今天学习了Java有关Scoket套接字相关的知识。
1. 网络基础知识
- 两台计算机要通过网络进行通信，必须有
唯一标识（IP地址）
共同语言（协议）
辨别应用程序的通信（端口号） - TCP/IP协议——目前世界上应用最广泛的协议
TCP（Transmission Control Protocol） 传输控制协议
IP（Internet Protocol） 互联网协议 - TCP/IP模型（5层）
物理层：网线，网卡。。。
数据链路层
网络层
传输层：TCP/IP协议
应用层：HTTP超文本传输协议，FTP文件传输协议，SMTP… - IP地址（标识唯一主机）
为实现网络中不同计算机之间的通信，每台机器必须有唯一标识。
格式：192.168.0.1（IPV4） - 端口（标识唯一应用）
- 用于区分不同的应用程序
每一个应用都有唯一的端口号，比如我给你发QQ消息，并不会让你的MSN接收到。 - 端口号范围为0~65535，其中0~1023为系统所保留。
分配给通用的服务，比如http,ftp等 - IP地址和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。
举个例子：比如张三打电话给李四，但拨通电话号码之后还提示要输入分机号，此时，只有知道了电话号码+分机号张三才能联系上李四，建立一个稳定的连接链路，这里的电话号码和端口号就类似于IP地址+端口号。同样李四联系张三也需要知道张三的电话号码和分机号。在这条链路中，张三和李四是这条链路的两个端点，所以就称之为终结点。
- 常用端口号
http:80 ftp:21 telnet:23
- 用于区分不同的应用程序
- Java的网络支持
针对网络通信的不同层次，Java提供的网络功能有四大类：
- InetAddress：用于标识网络上的硬件资源
- 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协议实现网络通信的Socket相关的类。
- Datagram:使用UDP协议，将数据保存在数据报中，通过网络进行通信。
2. InetAddress类
- 用于标识网络上的硬件资源，标识互联网协议（IP）地址。
查看API我们可以发现InetAddress类并不存在构造方法，这意味着我们无法通过new的方式获取一个InetAddress对象，但是同时他又提供了很多的静态方法，比如getByName(String host),getLocalHost()等等，并且这些静态方法直接返回一个InetAddress对象。
代码示例：
/*
* InetAddress类
*/
public class Test01 {
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
//获取本机的InetAddress实例
InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println("计算机名："+address.getHostName());
System.out.println("IP地址："+address.getHostAddress());
byte[] bytes = address.getAddress();//获取字节数组形式的IP地址
System.out.println("字节数组形式的IP地址："+Arrays.toString(bytes));
System.out.println(address);//直接输出InetAddress对象(计算机名/IP地址)
//根据IP地址获取InetAddress实例
// InetAddress address2 = InetAddress.getByName("idea-PC");
InetAddress address2 = InetAddress.getByName("192.168.1.67");
System.out.println("计算机名："+address2.getHostName());
System.out.println("IP地址："+address2.getHostAddress());
//其他静态方法可以自己试验
}
} 运行结果：
3. URL
- URL（Uniform Resource Locator）统一资源定位符，表示Internet上某一资源的地址。
比如www.baidu.com就是一个URL。 - URL由两部分组成：协议名称和资源名称，中间用冒号隔开
比如http://www.baidu.com，其中http就是协议名称，后面的就是资源名称。 - 在java.net包中，提供了URL类来表示URL。（构造方法查看API）
代码示例：
/*
* URL常用方法
*/
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
try {
//创建一个URL实例
URL imooc = new URL("http://www.imooc.com");
//?后面表示参数，#后面表示锚点
URL url = new URL(imooc, "/index.html?username=tom#test");
System.out.println("协议："+url.getProtocol());;
System.out.println("主机："+url.getHost());
//如果未指定端口号，则使用默认的端口号，此时getPort()方法返回值为-1
System.out.println("端口："+url.getPort());
System.out.println("文件路径："+url.getPath());
System.out.println("文件名："+url.getFile());
System.out.println("相对路径："+url.getRef());
System.out.println("查询字符串："+url.getQuery());
} catch (MalformedURLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}运行结果：
使用URL读取网页内容
- 通过URL对象的openStream()方法可以得到指定资源的输入流。
- 通过输入流可以读取、访问网络上的数据。
代码示例：
/*
* 使用URL读取网页内容
*/
public class Test03 {
public static void main(String[] args) {
try {
//创建一个URL实例
URL url = new URL("http://www.baidu.com");
//通过URL的openStream()方法获取URL对象所表示的资源的字节输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(url.openStream(), "utf-8"));
String data = br.readLine();
while(data != null) {
System.out.println(data);
data = br.readLine();
}
br.close();
} catch (MalformedURLException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}运行结果（注意编码，可以将结果copy到一个html文件中打开查看结果）：
4. TCP编程
TCP协议是面向连接、可靠地、有序的，以字节流的方式发送数据。
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通信模型
Socket实现步骤
- 创建ServerSocket和Socket
- 打开连接到Socket的输入/输出流
- 按照协议对Socket进行读/写操作
- 关闭输入输出流、关闭Socket
代码示例：
/*
* 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
* 服务器端
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) {
try {
//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(8888);
//2.调用accept()方法并开始监听，等待客户端的连接
System.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");
Socket socket = serverSocket.accept();//处于阻塞状态，直到建立连接
//3.获取输入流，并读取客户端信息
InputStream is = socket.getInputStream();//字节输入流
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);//把字节输入流转换成字符流
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);//为输入流添加缓冲
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，响应客户端请求
PrintWriter pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
pw.write("欢迎您！");
pw.flush();
socket.shutdownOutput();
//5.关闭相关资源
socket.close();
serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/*
* 客户端
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
try {
//1.创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
//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);//将字节流包装成打印流
pw.write("用户名：admin;密码：123");
pw.flush();
socket.shutdownOutput();//关闭输出流
//3.获取输入流，并读取服务器端的响应信息
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String info = null;
while((info = br.readLine())!=null) {
System.out.println("我是客户端，服务器说："+info);
}
socket.shutdownInput();
//4.关闭资源
// br.close();
// pw.close();
// os.close();
socket.close();//相当于 切断了流通道，所以流的close()方法可以不需要
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//先启动服务器端，再启动客户端运行结果：
多线程服务器
现实生活中，常常都是启动一个服务器端，而有多个客户端与之连接，那么该怎么实现呢？应用多线程来实现服务器与多客户端之间的通信。
基本步骤
1. 服务器端创建ServerSocket，循环调用accept()等待客户端连接
2. 客户端创建一个socket并请求和服务器端连接
3. 服务器端接受客户端请求，创建socket与该客户端建立专线连接
4. 建立连接的两个socket在一个单独的线程上对话
5. 服务器端继续等待新的连接
具体的实现可以在上面的代码上进行修改，新建一个ServerThread类继承Thread，每一个socket启动一个线程。
代码实现：
/*
* 服务器线程处理类
*/
public class ServerThread extends Thread{
//和本线程相关的Socket
Socket socket = null;
public ServerThread(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
//线程执行的操作，响应客户端请求
@Override
public void run() {//直接从Server类拷贝代码过来，进行流的处理
InputStream is = null;
InputStreamReader isr = null;
BufferedReader br = null;
OutputStream os = null;
PrintWriter pr = null;
try {
is = socket.getInputStream();
isr = new InputStreamReader(is);
br = new BufferedReader(isr);
String data = null;
while((data = br.readLine()) != null) {
System.out.println("客户端发来消息："+data);
}
socket.shutdownInput();
//发送响应
os = socket.getOutputStream();
pr = new PrintWriter(os);
pr.write("欢迎您！");
pr.flush();
socket.shutdownOutput();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {//在finally里中进行资源的关闭，确保代码一定会执行
try {
//关闭资源，可以进行流的关闭，但我感觉没必要
if(socket!=null)
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
/*
* 服务器端
*/
public class Server {
@SuppressWarnings("resource")
public static void main(String[] args) {
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
Socket socket = null;
//记录客户端数量
int count = 0;
System.out.println("服务器启动，等待中。。。");
//循环监听等待客户端的连接
while(true){
socket = serverSocket.accept();
//创建一个新的线程
ServerThread st = new ServerThread(socket);
st.start();
count++;
System.out.println("客户端数量为："+count);
InetAddress address = socket.getInetAddress();
System.out.println("当前客户端的IP："+address.getHostAddress());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/*
* 客户端（与上同）
*/运行结果：略。。。（先启动服务器后，多启动几次客户端查看效果）
5. UDP编程
- UDP协议（用户数据报协议）是无连接、不可靠、无序的，但相对的速度快
- UDP协议以数据报作为数据传输的载体
进行数据传输时，首先需要将要传输的数据定义成数据报（Datagram），在数据报中指明数据所要达到的Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去。 - 相关操作类
DatagramPacket：表示数据报包
DatagramSocket：进行端到端通信的类
代码示例：
/*
* 服务器端，实现基于UDP的用户登录
*/
public class UDPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
/*
* 接收客户端发送的数据
*/
//1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
//2.创建数据报，用于接受客户端发送的数据
byte[] data = new byte[1024];//创建字节数组，指定接收的数据报的大小
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
//3.接收客户端发送的数据
System.out.println("***服务器端已经启动，等待客户端发送数据***");
socket.receive(packet);//此方法在接收到数据报之前会一直阻塞
//4.读取数据
String info = new String(data, 0, packet.getLength());
System.out.println("我是服务器，客户端说："+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
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();
}
}
/*
* 客户端
*/
public class UDPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
/*
* 向服务器端发送数据
*/
//1.定义服务器的地址、端口号、数据
InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
int port = 8800;
byte[] data = "用户名：carry;密码：423".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.向服务器端发送数据报
socket.send(packet);
/*
* 接收服务器端响应的数据
*/
//1.创建数据报，用于接收服务器端响应的数据
byte[] data2 = new byte[1024];
DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
//2.接收服务器响应的数据
socket.receive(packet2);
//3.读取数据
String info = new String(data2, 0, packet2.getLength());
System.out.println("我是客户端，服务器说："+info);
//4.关闭资源
socket.close();
}
}运行结果：略（别忘了先启动服务器，在运行客户端代码！）
多线程服务器
现实中也存在多个客户端访问一个服务器的例子，同TCP一样，我们采用多线程来解决多客户端与服务器的通信问题。具体实现步骤可以参照TCP
代码示例：
/*
* 服务器线程处理类
*/
public class UDPServerThread extends Thread {
DatagramPacket packet = null;
DatagramSocket socket = null;
// byte[] data = null;
public UDPServerThread(DatagramPacket packet, DatagramSocket socket) {
this.packet = packet;
this.socket = socket;
// this.data = data;
}
@Override
public void run() {
try {
// 4.读取数据
String info = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
System.out.println("我是服务器，客户端说：" + 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
DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
// 3.响应客户端
socket.send(packet2);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/*
* 服务器端，实现基于UDP的用户登录
*/
public class UDPServer2 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
/*
* 接收客户端发送的数据
*/
//1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
//2.创建数据报，用于接受客户端发送的数据
byte[] data = new byte[1024];//创建字节数组，指定接收的数据报的大小
DatagramPacket packet = null;
//3.接收客户端发送的数据
int count = 0;
System.out.println("***服务器端已经启动，等待客户端发送数据***");
while(true) {
packet = new DatagramPacket(data, data.length);
socket.receive(packet);//此方法在接收到数据报之前会一直阻塞
UDPServerThread serverThread = new UDPServerThread(packet, socket);
serverThread.start();
count++;
System.out.println("客户端数量为:"+count);
}
}
}
/*
* 客户端（与上同）
*/运行结果：略
写在最后
- 多线程的优先级
当服务器与多客户端进行通信时，服务器需要实时监听请求，这时就要使用多线程，因为是个死循环，所以我们一定要注意优先级的问题。如果没有设置优先级可能会导致运行时速度非常慢，可降低优先级。建议实际使用时，降低优先级。
- 是否关闭输入输出流
服务器与客户端之间的通信是基于流，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。
- 使用TCP通信传输对象
在客户端与服务器端通信的过程中，示例中传递的是一个String字符串，但实际使用中应该是一个对象，比如包含用户名和密码属性的User对象。此时我们可以使用ObjectOutputStream对象序列化流来传递对象。具体场景，具体分析。
有兴趣的可以去看laurenyang老师的Java Socket应用—通信是这样练成的。谢谢老师的讲解！