JavaEE & 网络编程示例1 & UDP套接字数据报编程 == 一发一收

鲁吼呀，胶己人！

JavaEE & 网络编程示例1 & UDP套接字数据报编程 ==> 一发一收

1. 协议分层（回顾）

1. 应用层
   • 应用程序所在（程序员），数据的用途
2. 传输层
   • 关注传输过程的起点和终点
3. 网络层
   • 负责整个传输过程的路径规划
4. 数据链路层
   • 针对两个相邻节点之间的数据传输
5. 物理层
   • 硬件设备，基础设施

对于2 和 3 是操作系统内核封装的

对于4 和 5 是硬件和驱动控制的

• 一般程序员只需要关注1 和 2 即可~
  • 毕竟 1 要传出去或者接受要经过 2

2. 套接字 Socket

程序员编写网络程序主要编写的是应用层代码

• 那么，我们就需要第下层协议的提供服务，即 应用层调用传输层提供的API

  • socket API，网络编程的重要API
  • socket - 插座，不要纠结名词，用就是了~

• 这些API是C / C++ 风格的，因为操作系统本身就是C / C++ 写的

  • JDK针对这些API，封装成Java风格的API
  • Java程序员这需要正常使用这些API就足够了~

系统给咱们提供了两组socket API

1. 基于UDP的API
2. 基于TCP的API

Destination User Prompter

Transmission Control Protocol

2.1 UDP与TCP两组协议的主要区别

• 这两个协议有各自的特点~
  • 当然还有其他特点，不做细讲~

2.1.1 UDP无连接，TCP有链接

• 连接：是一种抽象的连接

就比如说谈恋爱和结婚，结婚就是一种有效的抽象连接

• 通信双方都隆重地记录了对方的信息~

如果我们的两台机器在通信的时候，需要单独保存记录两台机器的信息就是有连接，不需要则是无连接

• 注意：不代表无连接就没用到对方的信息，而是只是用到，就仅仅是用到
  • 短期恋爱~

小例子：

• DUP无连接
  • 发送就完事了，不需要连接

• TCP有连接：
  • 先连接才能通信
    

2.1.2 UDP不可靠传输，TCP可靠传输

• 可靠传输 不代表百分百能够有效传输，但是会尽力的传输~！
  • 传没传成功，是可以心知肚明的
• 不可靠传输 则代表，“无所谓，你收不到不是我的锅“

以上面的那个例子继续说：

• DUP不可靠传输
  • 我发了就发了，并不在意对方收没收到

我还记得我高中的时候，老人机发短信给我老爸，叫他来学校载我，结果我不知道我爸没收到，导致我等了2 - 3小时 T.T

• TCP可靠传输
  • 不说每次都能通信，但是我一定能知道有没有成功

2.1.3 UDP面向数据报，TCP面向字节流

• 这个跟IO操作的字符流字节流是相似的~

TCP面向字节流：

• 数据传输以字节为基本单位，读写方便灵活
• 不在本章讲解

UDP面向数据报：

• 数据运算是以一个UDP数据报为基本单位（待会儿的重点）
• 读写操作不大灵活

2.1.4 UDP与TCP 全双工

• 单双工：一条路径，单向通信

  • 一边通信完了，另一边才能过去

• 全双工：一条路径，双向通信

  • 这一边朝另一边，另一边朝这一边，是不需要等的
    • 除非另一边需要这一边的数据作为前提~

例如马路：

• 对于单双工

• 对于全双工
  • 则很有秩序~
  • 而两种协议都是全双工的，所以不用操心~

3. 网络编程示例1 ==> 一发一收

• UDP要比TCP简单，先难后易
  • 接受新知识的过程可能会很困难，但是这也算是固定写法
  • 熟练最重要！！！
• TCP将在后续文章讲到！
• 这是本文章重点！

3.1 DatagramSocket 与 DatagramPacket

• Socket ==> 数据报的Socket对象
• Packet ==> 这个对象就是一个UDP数据报

  • 

  • DUP数据运算的基本单位

3.1.1 Socket对象

• 在文件操作系统中，在文件操作的 时候提到，不是目录不是普通文件的文件

  • 这样特殊的文件有很多，其中就有socket文件
  • 而一个Socket对象就对应一个socket文件~

• 而socket文件并非对应到硬盘的某一个存储区，而是对应到网卡的一个硬件设备

打开命令行(win + R + cmd)输入ipconfig：

1. 有线网卡

2. 无线网卡：

• 一般网卡都是集成在主板上面的

文件：

• 广义：指代系统资源
  • 计算机上的 软件 / 硬件
  • 操作系统的基本设计思想： “一切皆文件”【简化逻辑】
• 狭义：指代硬盘上的一块数据存储区域

所以，要相进行网络通信，就需要socket文件对应的这个对象(内存中的变量)去搞事情，从而间接操控网卡

• 输入信息到Socket对象里，就相当于输入信息到socket文件里，就相当于通过网卡发送信息
• 提取Socket对象里的信息，就相当于读取socket文件里的信息，就相当于通过网卡接受信息

3.1.2 DatagramSocket的一些方法

方法名	方法说明
DatagramSocket()	创建一个Socket，绑定本机任意一个空闲的端口
DatagramSocket(int port)	创建一个Socket，绑定指定的端口（port）

• 对于不带参数的构造方法，一般用于客户端
  • 系统分配一个端口~
• 对于待参数的构造方法，一般用于服务端

小例子：

---

方法名	方法说明
void receive(DatagramPacket p)	接受数据报并读取到已有数据报
void send(DatagramPacket p)	发送数据报
void close()	关闭socket文件（避免文件资源泄露，但是很少有关闭的时候，这也符合实际情况）

• 不纸上谈兵了，等一下实战你就懂了！

3.1.3 DatagramPacket的一些方法

本体：

方法名	方法说明
DatagramPacket(byte[] buf, int length)	成员buf取参数字节数组的头开始，长度length的部分
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address)	成员buf取参数为字节数组的头开始长度length的部分，并且传入offset(缓冲区偏移量)和socket地址
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)	成员buf取参数为字节数组的头开始长度length的部分，并传入包装IP的InetAddress对象，和端口号

1. 对于不带地址的版本：一般就是接受消息的
2. 对于带地址的版本：一般就是用来发送消息的
   • 这个地址包括目的地的IP和端口号~
     • IP — 确认电脑
     • 端口号port — 确定应用程序
3. 对于第三个构造方法，一般也用于发送信息给服务器的~
   • InetAddress是对服务器IP地址的包装
   • 端口号代表服务器程序所在的“位置”

方法名	方法说明
InetAddress getAddress()	获取客户端or服务器的IP地址
int getPort()	获取客户端or服务器的端口号
byte[] getData()	获取数据报里的数据

• 不纸上谈兵了，等一下实战你就懂了！

3.2 基于UDP 的 Socket 写一个简单的客户端服务器程序

• 回显服务器（echo server）
  • 即，客户端发起的请求，服务器响应一个一模一样的响应
  • 请求就是“没有请求”

• 就像这样，老板没给我做，给我回了句一模一样的话

接下来就是书写代码的环节了！

• 第一遍不懂很正常，最终的总结分析可能会对你有很大帮助！

3.2.1 服务器

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三个核心工作：

1. 读取请求并解析
2. 根据请求求得对应响应（回显服务器 无此操作）
3. 把响应返回给客户端

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1. 构建一个Socket对象
   

2. 写一个构造方法

• 服务器的固定端口！
  • 要处理异常，因为并不是每一次都能绑定成功对应的端口号~
  • 此端口号被占用，就会出错!
  • 在一个主机里，一个端口在同一时刻只能被一个进程绑定

    public UDPEchoServer(int port) throws SocketException {
        this.socket = new DatagramSocket(port);
    }

3. 启动服务器的主方法

public void start() {
    System.out.println("启动服务器成功");
    //服务器一直工作 或者 等待客户端请求
    //所以说才很少关闭~
    while(true) {
        //做那三件事！
    }
}

3.2.1.1 读取请求并解析

再次重点强调【数据报】是什么

• 数据报是一个对象，而服务器要响应的是里面的【数据String】~
  • 数据报为了确定发送对象和确定身份，增加了很多属性和东西~

• 而我们只需要用socket对象与网卡进行联系，这样就能实现应用层和传输层的数据交换~

• 而UDP协议，数据传输的基本单位就是【数据报】！

public void start() throws IOException {
    System.out.println("启动服务器成功");
    //服务器一直工作 或者 等待客户端请求
    while(true) {
        DatagramPacket request = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
        //****************  自带饭盒 ****************

        socket.receive(request);//request --- 载体
        //io操作都可能会有IOException异常
        //盛饭，从网卡里面拿的请求，将其录入已存在的数据报里
        
        String request = new String(requestPacket.getData(), 0,                           											requestPacket.getLength());
    }
}

• Java中的“二进制数据”，可以通过这样构造字符串去解析~
  • 解析utf8编码 -------- 三个字节 ==> 一个字符
  • 解析二进制数据不要与unicode混了~
    • Unicode跟char类型有关~ 两个字节

死循环是因为一个服务器无时无刻都要尝试获取请求~

• 输出型参数：
  • 指的是方法并没有返回一个值，而是将值录入到参数里。起到返回的作用
  • 不用申请多的空间，也不需要拷贝一份返回并修改原指向
• 例如Set的对象里有一个toArray(T[] ts)方法
  • 这个方法也用到了输出型参数

• 再例如字符串转字符数组：

此时，如果还没有客户端发来的数据，咋办？

• receive阻塞等待就行了
  • 直到客户端发来请求
• 有点类似于阻塞队列~

3.2.1.2 计算请求信息为响应信息

String response = process(request);
//计算该字符串的响应

public String process(String request) {
    //回显服务器直接返回原值~
    return request;
}

3.2.1.3 将响应信息打包成【数据报】

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
        response.getBytes().length,
        requestPacket.getSocketAddress()); 

• getSocketAddress ==> 数据报里的客户端主机IP
• 传给客户端得转化为数据报才行
• 而计算数据报的信息计算只能以字符串为对象

3.2.1.4 响应数据报信息发送给客户端

socket.send(responsePacket);
//发送数学报，数据报有客户端的信息，所以可以具体的转发到对方机器
//响应

3.2.1.5 打印日志

System.out.printf("客户端[%s, %d], 发来请求[request]:%s, 其将收到响应[response]:%s\n",
        requestPacket.getAddress(), requestPacket.getPort(),
        request, response);

3.2.1.6 图片分析

3.2.2 客户端

---

三个核心工作：

1. 输入台输入请求核心信息，并打包成数据报
2. 发送数据报给服务器
3. 等待服务器响应

---

public class UDPEchoClient {
    
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIP;
    private int serverPort;
    
}

• 客户端一些必备的属性
  • 自己的socket对象，只不过端口号可以随机~
  • 服务器的IP和端口 — 决定了发送请求的对象！

//确定服务器
public UDPEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {
    this.socket = new DatagramSocket();
    this.serverIP = serverIP;
    this.serverPort = serverPort;
}

• 构造方法~
  • 传入服务器信息~
  • socket对象本身就自动获得该机器的IP
  • 经过socket对象的方法，数据报也会染上socket对象的信息也就是发送方的信息~
• 也就是说
  • 在服务器视角，收到的请求数据报是有客户端的地址的，而客户端发出需要有服务器的地址
  • 在客户端视角，收到的响应数据报是有服务器的地址的，而服务器发出需要有客户端的地址
  • socket对象操作默认填入socket对象的信息~

3.2.2.1 控制台输入请求

public void start() throws IOException {
    //客户端输入信息
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    while(true) {
        System.out.print("-> ");
        String request = scanner.nextLine();
        //next方法以空格或者回车分割！
        //控制台输入数据报的【主信息】
    }
}

• 死循环 ==> 客户端无时无刻都可以发送请求

3.2.2.2 请求信息打包成【数据报】

• 现在可没有现成的数据报来获取IP和端口号地址~

这里需要可以利用这个构造方法~

InetAddress对象就是IP的一种包装~

• InetAddress.getByName，打包对应的IP地址

• 这里传入了serverIP，即服务器IP

• 不用理解太深，用就是了

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
        request.getBytes().length,
        InetAddress.getByName(serverIP), serverPort);
//打包信息成数据报
//根据ip打包成InetAddress对象

3.2.2.3 通过socket对象将【数据报】发送给服务器

socket.send(requestPacket);
//发送给服务器

3.2.2.4 等待服务器响应

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
//等待服务器返回响应
//而两个机器之间是通过数据报传输
socket.receive(responsePacket);

• 做好“饭盒” - 【空数据报】，服务器一旦返回响应，就接下~

同样的，服务器返回前，要阻塞等待~

3.2.2.5 提取数据报信息并打印日志

String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
//获取数据报里面的响应信息！

System.out.printf("服务器[%s, %d], 收到请求[request]:%s, 发来响应[response]:%s\n", serverIP,
        serverPort, request, response);
//打印日志

• 获取【数据报】里的“核心数据”，做成字符串~

3.2.2.6 图片分析

3.2.3 测试与总结

• 在服务器里，有一个main线程：

public static void main(String[] args) throws IOException {
    UDPEchoServer udpEchoServer = new UDPEchoServer(9090);
    udpEchoServer.start();
}

• 在客户端也有一个main线程：

public static void main(String[] args) throws IOException {
    UDPEchoClient udpEchoClient = new UDPEchoClient("10.61.10.239", 9090);
    udpEchoClient.start();
}

对，没错，这是两个进程！

• 服务器端口号9090是我随便给的！
  • 要对应好！
• 服务器IP要自己去找！

win + R + cmd + ipconfig

运行测试：

总结图示：

• 当然可以将服务器打包成jar包导入你的虚拟机
• 那么别人就可能通过客户端代码发送请求给你了~
  • 不做演示~

3.3 socket文件怎么存储数据的

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文章到此结束！谢谢观看 —>内容参考【比特科技】
可以叫我 小马，我可能写的不好或者有错误，但是一起加油鸭！

后续会持续更新网络编程的相关博客，这个是个大家伙！

敬请期待！

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