Java网络编程（二）Socket 套接字（TCP和UDP），以及TCP的回显
Socket 套接字
我们软件工作者，着重编写的是应用层的代码，但是发送这个数据，我们就需要将应用层传输到传输层，也就意味着我们需要调用应用层的API，统称为 Socket API。
套接字的分类：
- 流套接字：使用传输层TCP协议
特点：- 有连接：使用 TCP 通信的双方，需要时刻保存对方的相关消息
- 可靠传输：尽可能的将数据传输过去，如果没有传输过去，自己也知道没有传输，然后通过设定可以重新传输
- 面向字节流：以字节为传输的基本单位，读写方式更为灵活
- 全双工：一条路径，双向通信
- 数据报套接字：使用传输层UDP协议
特点：- 有连接：使用 UDP 通信的双方，不需要时刻保存对方的相关消息
- 不可靠传输：只关注是否传输了数据，至于是否传输成功，并不专注
- 面向数据报：以一个UDP数据报为基本单位
- 全双工：一条路径，双向通信
- 原始套接字：原始套接字用于自定义传输层协议，用于读写内核没有处理的IP协议数据。
所有特点自己定义
什么是全双工和半双工？
全双工：一条路径，双向通信
半双工：一条路径，单向通信
网络传输数据的基本单位：报（Datagram）、包（Packet）、段（Segment）、帧（Frame）
Socket 对象，相当于系统中Socket文件，这个文件并非对应到硬盘上的某个数据存储区域，而是对应到网卡这个硬件设备
- 往这个Socket·对象中写数据，相当于通过网卡发送消息
- 从这个Socket·对象中读数据，相当于通过网卡接收消息
这个图不是我画，摘抄了网上现有的）
数据报套接字UDP
java中使用UDP协议通信，主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字，并使用DatagramPacket 作为发送或接收的UDP数据报 。DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket API：
- DatagramSocket 构造方法
- DatagramSocket 方法：
DatagramPacket API：（DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报）
-
DatagramPacket 构造方法：
-
DatagramPacket 方法：
构造UDP发送的数据报时，需要传入 SocketAddress ，该对象可以使用 InetSocketAddress 来创
建
InetSocketAddress API：
- InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类 ）构造方法：
UDP服务器：
注意：
- 服务器的端口必须不变，客户端这边则不需要手动指定，系统自动分配
- socket是文件，也需要关闭
public class UdpServer {
//服务器socket要绑定固定的端口
private static final int PORT = 8888;
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1.创建服务端DatagramSocket，指定端口，可以发送及接收UDP数据报
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(PORT);
//不停的接收客户端udp数据报
while (true){
// 2.创建数据报，用于接收客户端发送的数据
byte[] bytes = new byte[1024];//1m=1024kb, 1kb=1024byte, UDP最多64k（包含UDP首部8byte）
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
System.out.println("---------------------------------------------------");
System.out.println("等待接收UDP数据报...");
// 3.等待接收客户端发送的UDP数据报，该方法在接收到数据报之前会一直阻塞，接收到数据报以后，DatagramPacket对象，包含数据（bytes）和客户端ip、端口号
socket.receive(packet);
System.out.printf("客户端IP：%s%n",
packet.getAddress().getHostAddress());
System.out.printf("客户端端口号：%s%n", packet.getPort());
System.out.printf("客户端发送的原生数据为：%s%n",
Arrays.toString(packet.getData()));
System.out.printf("客户端发送的文本数据为：%s%n", new
String(packet.getData()));
}
}
}
一旦服务器一起动，调用start方法，就会立即执行到，receive这里，但是如果此时还有没有客户端发来的数据，receive就会阻塞等待，一直持续到有数据发过来。
细节：网卡这里收到数据，就会进行分用，解析UDP这一层 看到端口号，然后将数据放入接收缓冲区，然后将数据到了参数中的DatagramSocket 对象中
UDP客户端：
public class UdpClient {
// 服务端socket地址，包含域名或IP，及端口号
private static final SocketAddress ADDRESS = new
InetSocketAddress("localhost", 8888);
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 4.创建客户端DatagramSocket，开启随机端口就行，可以发送及接收UDP数据报
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
// 5-1.准备要发送的数据
byte[] bytes = "hello world!".getBytes();
// 5-2.组装要发送的UDP数据报，包含数据，及发送的服务端信息（服务器IP+端口号）
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, ADDRESS);
// 6.发送UDP数据报
socket.send(packet);
}
}
TCP流套接字编程
ServerSocket API：
ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。
- ServerSocket 构造方法：
- ServerSocket 方法：
accept：意思就是接受，本质上是三次握手后面的文章会说。
Socket API：
Socket 是客户端 Socket，或服务端中接收到客户端建立连接（accept方法）的请求后，返回的服务端Socket。
不管是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接以后，保存的对端信息，及用来与对方收发数据的。
- Socket 构造方法：
- host 表示服务器的 IP 地址
- port 表示服务器的端口
- Socket 方法：
- 从InputStream这里读数据，就相当于从网卡接收
- 往OutputStream这里写数据，就相当于从网卡发送
TCP的长短连接
TCP发送数据时，需要先建立连接，而什么时候关闭连接就决定是短连接还是长连接。
短连接：每次接收数据并返回响应后，都关闭连接。也就是说，短连接只能一次收发。
- 连接客户端和服务器
- 对于客户端来说。要发送一个请求，然后接收一个响应
- 对于服务器来说。会收到一个请求，然后返回一个响应
- 然后关闭连接
长连接：不关闭连接，一直保持连接状态，双方不停的收发数据，即是长连接。也就是说，长连接可以
多次收发数据
- 连接客户端和服务器
- 可以客户端一直发送请求，并获取服务器的响应
- 可以服务器一直发送请求，并获取客户端的响应
- 没有一方主动停止，不关闭
长连接和短连接的区别：
- 建立连接、关闭连接的耗时：短连接每次请求、响应都需要建立连接，关闭连接；而长连接只需要第一次建立连接，之后的请求、响应都可以直接传输。相对来说建立连接，关闭连接也是要耗时的，长连接效率更高。
- 主动发送请求不同：短连接一般是客户端主动向服务端发送请求；而长连接可以是客户端主动发送请求，也可以是服务端主动发。
- 两者的使用场景有不同：短连接适用于客户端请求频率不高的场景，如浏览网页等。长连接适用于客户端与服务端通信频繁的场景，如聊天室，实时游戏等。
实现一个简单回显服务器
public class TcpEchoServer {
//serverSocket 就是外场拉客的小哥(类似集合),只有一个
//clientSocket 内场服务的人(),会给每个客服分配一个
private ServerSocket serverSocket=null;
//1
public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
serverSocket=new ServerSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
ExecutorService executorService= Executors.newCachedThreadPool();
System.out.println("服务器启动");
while (true){
Socket clientSocket=serverSocket.accept();
//如果直接调用,该方法会影响这个循环的二次执行.导致accept不及时了
//创建新的线程,用新的线程来调用processConnetion
//每次来一个新的客户端都搞一个新的线程即可
/* Thread t=new Thread(()->{
try {
processConnection(clientSocket);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
});
t.start();*/
//创建一个线程池,从池子中拿取线程
executorService.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
processConnection(clientSocket);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
});
}
}
//通过这个方法处理一个链接
//读取请求
//根据请求计算响应
//把响应返回给客户端
private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线!\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()) {
//没有这两个也可以,但是代价就是得一个字节一个字节的处理,找到那个是结束符
//将字节流包装成了字符流
Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream);
while (true){
//3
//读取请求
if (!scanner.hasNext()){
//读取的流到了结尾了
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
break;
}
//直接使用scanner读取一段字符串
String request=scanner.next();//往后读,一直读到空白符,空格,换行,翻页符....都算空白符
//5
//根据请求计算响应
String response=process(request);
//把响应返回给客户端
printWriter.println(response);
//刷新缓冲区
printWriter.flush();
System.out.printf("[%s:%d] req:%s; resp:%s\n",clientSocket.getInetAddress().toString()
,clientSocket.getPort(),request,response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}finally {
clientSocket.close();
}
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoServer tcpEchoServer=new TcpEchoServer(9090);
tcpEchoServer.start();
}
}
补充一点：
硬件的读写速度：
- 内存 > 硬盘 > 网卡
读写硬盘和网卡口可以视为 IO 操作。
- printWriter.println(response);----》写网卡
因为网卡读写速度慢，如果平凡的写入，读出对于效率太慢了。为了提高IO操作的效率，此时就需要引入一个内存构成的缓冲区。等缓冲区达到一定数量，就统一写入网卡中。
缓存（cache）！=缓冲区（buffer）
- 缓存：只能读
- 缓冲区：可以读也可以写。