Java Socket 编程

1. 背景

　　网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。

　　java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口，来专注于解决问题，而不用关注通信细节。

　　java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：　　

　　TCP：TCP 是传输控制协议的缩写，它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。

　　UDP：UDP 是用户数据报协议的缩写，一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

2. Socket 编程

　　套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。

　　当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行进行通信。

　　java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

• 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。

• 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。

• 服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。

• Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。

• 在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，每一个socket都有一个输出流和一个输入流，客户端的输出流连接到服务器端的输入流，而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。

TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。

2.1 ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

2.1.1 ServerSocket 类构造方法

序号	方法描述
1	public ServerSocket(int port) throws IOException 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
2	public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
3	public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。
4	public ServerSocket() throws IOException 创建非绑定服务器套接字。

创建非绑定服务器套接字。 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常，就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口，并且侦听客户端请求。

2.1.2 ServerSocket 类的常用方法

序号	方法描述
1	public int getLocalPort()   返回此套接字在其上侦听的端口。
2	public Socket accept() throws IOException 侦听并接受到此套接字的连接。
3	public void setSoTimeout(int timeout)  通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。
4	public void bind(SocketAddress host, int backlog) 将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。

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2.2 Socket 类的方法

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ，而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

2.2.1 Socket 类构造方法.

序号	方法描述
1	public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
2	public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException 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。
3	public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。
4	public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
5	public Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

当 Socket 构造方法返回，并没有简单的实例化了一个 Socket 对象，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。

下面列出了一些感兴趣的方法，注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象，所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。

序号	方法描述
1	public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。
2	public InetAddress getInetAddress()  返回套接字连接的地址。
3	public int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。
4	public int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。
5	public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null。
6	public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。
7	public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。
8	public void close() throws IOException 关闭此套接字。

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2.3 InetAddress 类的方法

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法：

序号	方法描述
1	static InetAddress getByAddress(byte[] addr) 在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。
2	static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) 根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。
3	static InetAddress getByName(String host) 在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
4	String getHostAddress()  返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
5	String getHostName()   获取此 IP 地址的主机名。
6	static InetAddress getLocalHost() 返回本地主机。
7	String toString() 将此 IP 地址转换为 String。

3. Socket 客户端实例

3.1 MyClient

MyClient一个客户端程序，该程序通过 socket 连接到服务器并发送一个请求，然后等待一个响应。

 package com.loveincode.socket;

 import java.io.DataInputStream;
 import java.io.DataOutputStream;
 import java.io.IOException;
 import java.io.InputStream;
 import java.io.OutputStream;
 import java.net.Socket;

 public class MyClient {
      public static void main(String [] args)
        {
           String serverName = args[0];
           int port = Integer.parseInt(args[1]);
           try
           {
              System.out.println("Client：连接到主机：" + serverName + " ，端口号：" + port);
              //Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。
              //如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
              Socket client = new Socket(serverName, port);
              System.out.println("Client：远程主机地址：" + client.getRemoteSocketAddress());
              OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
              DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);

              out.writeUTF("Client：Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
              InputStream inFromServer = client.getInputStream();
              DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
              System.out.println("Client：服务器响应： " + in.readUTF());
              client.close();
           }catch(IOException e)
           {
              e.printStackTrace();
           }
        }
 }

3.2 MyServer

MyServer是一个服务器端应用程序，使用 Socket 来监听一个指定的端口。

 package com.loveincode.socket;

 import java.io.DataInputStream;
 import java.io.DataOutputStream;
 import java.io.IOException;
 import java.net.ServerSocket;
 import java.net.Socket;
 import java.net.SocketTimeoutException;

 public class MyServer extends Thread{

        private ServerSocket serverSocket;

        public MyServer(int port) throws IOException
        {
           //服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。
           serverSocket = new ServerSocket(port);
           //10s中没有连接，则关闭
           serverSocket.setSoTimeout(10000);
        }

        public void run()
        {
           while(true)
           {
              try
              {
                 System.out.println("Server：等待远程连接，端口号为：" + serverSocket.getLocalPort() + "...");
                 //服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。
                 //在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。
                 Socket server = serverSocket.accept();
                 System.out.println("Server：远程主机地址：" + server.getRemoteSocketAddress());
                 DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream());
                 System.out.println(in.readUTF());
                 DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
                 out.writeUTF("Server：谢谢连接我：" + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
                 server.close();
              }catch(SocketTimeoutException s)
              {
                 System.out.println("Server：Socket timed out!");
                 break;
              }catch(IOException e)
              {
                 e.printStackTrace();
                 break;
              }
           }
        }

 }

3.3 Test.java

测试

 package com.loveincode.socket;

 import java.io.IOException;

 public class Test {
     public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

         MyServer server = new MyServer(5209);
         server.start();

         Thread.sleep(1000);
         String[] arg = {"localhost","5209"};
         //服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。
         MyClient.main(arg);

         MyClient.main(arg);

     }
 }

3.4 结果

Server：等待远程连接，端口号为：5209...
Client：连接到主机：localhost ，端口号：5209
Client：远程主机地址：localhost/127.0.0.1:5209
Server：远程主机地址：/127.0.0.1:65497
Client：Hello from /127.0.0.1:65497
Client：服务器响应： Server：谢谢连接我：/127.0.0.1:5209
Goodbye!
Server：Socket timed out!