Java Socket网络编程

一.Socket概述

​ Java网络编程主要涉及的内容是Socket编程。

​ Socket（套接字），是网络上两个程序之间实现数据交换的一端，它既可以发送请求，也可以接受请求，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定，利用Socket能比较方便的实现两端（服务端和客户端）的网络通信。

​ 在Java中，有专门的Socket类来处理用户请求和响应，学习使用Socket类方法，就可以实现两台机器之间通信。

​ Socket通信是有两种方式的：TCP和UDP。

​ TCP通信：客户端提供了java.net.Socket类，服务器端提供了java.net.ServerSocket类。

​ UDP通信：UDP通信不建立逻辑连接，使用DatagramPacket类打包数据包，使用DatagramSocket类发送数据包。

Socket通信模型如下图：

二. TCP通信客户端Socket

​ Java中专门用来实现Socket客户端的类就叫Socket,这个类实现了客户端套接字，用于向服务器发出连接请求等。

• 构造方法：

  Socket(String host, int port)：创建一个流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号。

  如果host为null，则相当于指定地址为回送地址。

  回送地址（来自百度百科）：

  ​ 127.x.x.x是本机的会送地址，即主机IP堆栈内部的IP地址，主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。

• 主要方法：

  • InputStream getInputStream()：返回此套接字的输入流。

    关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。

  • OutputStream getOutputStream()：返回此套接字的输出流。

    关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。

  • void close()：关闭此套接字

三. TCP通信服务器端ServerSocket

​ Java中专门用来建立Socket服务器的类叫ServerSocket，这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

• 构造方法：

  ServerSocket(int port)：创建绑定到特定端口的服务器套接字。

• 主要方法：

  • Socket accept()：监听并接受连接，返回一个新的Socket对象，用于和客户端通信，该方法会一直阻塞直到建立连接。

  • void close()：关闭此套接字。

四.基于TCP的Socket通信

1. 步骤分析：

   • 服务端先启动，创建ServerSocket对象，等待连接。
   • 客户端启动，创建Socket对象，请求连接。
   • 服务器端接收请求，调用accept方法，并返回一个Socket对象。
   • 客户端的Socket对象获取OutputStream，向服务器端发送数据。
   • 服务器端Socket对象获取InputStream，读取客户端的数据。
   • 服务器端Socket对象获取OutputStream，向客户端发送数据。
   • 客户端的Socket对象获取InputStream，读取服务器的数据。
   • 客户端释放资源，断开连接。

2. 主要代码

   • 服务器端

     import java.io.*;
     import java.net.ServerSocket;
     import java.net.Socket;
     
     
     public class TCPServer {
         public static void main(String[] args) throws IOException {
             System.out.println("Server start...");
             ServerSocket server = new ServerSocket(1234);
             
             while (true) {
                 Socket client = server.accept();
     
                 // 字节流转为字符流
                 InputStreamReader isr = new InputStreamReader(client.getInputStream());
                 // 字符流转换为缓冲流
                 BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
     
                 // 读取
                 String line = null;
                 while ((line = br.readLine()) != null) {
                     System.out.println("接收到客户端信息：" + line);
                 }
     
                 // 发送信息到客户端 字节流转字符流
                 OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
                 // 字符流转换为缓冲流
                 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(out);
                 
                 String str = "你好，服务器收到了";
                 bw.write(str);
                 bw.flush();
     
                 // 关闭资源
                 client.close();
             }
         }
     }
     

   • 客户端

     import java.io.*;
     import java.net.Socket;
     
     public class TCPClient {
         public static void main(String[] args) throws IOException {
             System.out.println("Client start...");
             Socket client = new Socket("localhost", 1234);
     
             OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);
     
             String str = "你好，我是客户端";
             bw.write(str);
             bw.flush();
     
             // 发送一个终结符，告诉服务器，已经发送完毕
             client.shutdownOutput();
     
             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(client.getInputStream());
             BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
     
             String line = null;
     
             while((line = br.readLine()) != null) {
                 System.out.println("接收到服务器消息：" + line);
             }
     
             // 释放资源
             client.close();
         }
     }
     

     注意：

     ​ 在交互时，服务器accept是阻塞的，read也是阻塞的，所以在发送完数据后，需要调用shutdownOutput来告知发送结束，否则会一直阻塞。

五.UDP相关类DatagramPacket类和DatagramSocket类

1. 数据包类DatagramPacket
   • 作用：用来封装发送端或接收端要发送或接收的数据。
   • 构造方法
     • DatagramPacket(byte[] buf, int length)：构造DatagramPacket，用来接收长度为length的数据包。
     • DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：构造数据报包，用来将长度为length的包发送到指定主机上的指定端口号。
   • 常用方法
     • public int getLength()：获得发送端实际发送的字节数或接收端世界接收的字节数
     • public int getPort()：获得发送端或接收端端口号
2. 发送数据包类DatagramSocket
   • 作用：用来发送和接收数据包对象
   • 构造方法
     • DatagramSocket()：构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。
     • DatagramSocket(int port)：创建数据包套接字并将其绑定到本地主机上指定端口。
   • 常用方法
     • public void send(DatagramPacket p)：从此套接字发送数据报包
     • public void receive(DatagramPacket p)：从此套接字接收数据报包
     • public void close()：关闭此数据报套接字
3. InetAddress类（无构造方法）
   • 作用：代表一个IP地址
   • 静态方法
     • public static InetAddress getLocalHost()：返回本地主机
     • public static InetAddress getByName()：在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
   • 普通方法
     • public String getHostName()： 获取此 IP 地址的主机名。
     • public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）

六.基于UDP的Socket通信

1. 步骤分析

   • 服务器端先启动，创建DatagramSocket对象，监听端口，用于接收
   • 服务器端创建DatagramPacket对象，打包用于接收的数据包
   • 服务器阻塞等待接收
   • 客户端启动，创建DatagramSocket对象，监听端口，用于接收
   • 客户端创建DatagramPacket对象，打包用于发送的数据包
   • 客户端发送数据，服务端接收
   • 服务端接收数据后，创建DatagramPacket对象，打包用于发送的数据包，发送数据
   • 客户端创建DatagramPacket对象，打包用于接收的数据包，阻塞等待接收
   • 客户端接收服务端数据，断开连接，释放资源

2. 主要代码

   • 服务器

     import java.io.IOException;
     import java.net.*;
     
     public class UDPServer {
         public static void main(String[] args) throws IOException {
             System.out.println("Server Start...");
     
             // 保存接收的数据
             byte[] rData = new byte[1024];
     
             // 接收时监听端口8888
             DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
             DatagramPacket rdp = new DatagramPacket(rData, rData.length);
     
             while (true) {
                 ds.receive(rdp);
                 System.out.println("Receive:" + new String(rData));
     
                 // 发送数据
                 byte[] sData = "你好，我是服务器".getBytes();
                 DatagramPacket sdp = new DatagramPacket(sData, sData.length, rdp.getAddress(), rdp.getPort());
         
                 ds.send(sdp);
             }
         }
     }
     

   • 客户端

     import java.io.IOException;
     import java.net.*;
     
     public class UDPClient {
         public static void main(String[] args) throws IOException {
             System.out.println("Client login...");
             // 构建数据包
             byte[] sendData = "Hello，I am Client".getBytes();
             InetAddress sendAddress = InetAddress.getLocalHost();
             DatagramPacket dp = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, sendAddress, 8888);
             DatagramSocket ds = new DatagramSocket(1234);
             ds.send(dp);
     
             // 创建数据包，接收数据
             byte[] receiveData = new byte[1024];
             DatagramPacket rdp = new DatagramPacket(receiveData, receiveData.length);
             ds.receive(rdp);
     
             System.out.println("Receive:" + new String(receiveData));
     
             ds.close();
         }
     }
     

   注意：

   UDP通信双方，对应端口号一致才可以，比如发送方使用1234端口，接收方需要监听1234端口才可以。