java网络编程Socket通信详解

Java最初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，而在网络编程中，使用最多的就是Socket。像大家熟悉的QQ、MSN都使用了Socket相关的技术。下面就让我们一起揭开Socket的神秘面纱。

Socket编程

一、网络基础知识（参考计算机网络）

           关于计算机网络部分可以参考相关博客：

          《TCP/IP协议栈及OSI参考模型详解》

            http://wangdy.blog.51cto.com/3845563/1588379

       1、两台计算机间进行通讯需要以下三个条件：

            IP地址、协议、端口号

       2、TCP/IP协议：

            是目前世界上应用最为广泛的协议，是以TCP和IP为基础的不同层次上多个协议的集合，也成TCP/IP协议族、或TCP/IP协议栈

            TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议

            IP：Internet Protocol 互联网协议

       3、TCP/IP五层模型

            应用层：HTTP、FTP、SMTP、Telnet等

            传输层：TCP/IP

            网络层：

            数据链路层：

            物理层：网线、双绞线、网卡等

       4、IP地址

            为实现网络中不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个唯一的标识---IP地址。

            32位二进制

       5、端口

            区分一台主机的多个不同应用程序，端口号范围为0-65535，其中0-1023位为系统保留。

            如：HTTP：80  FTP：21 Telnet：23

            IP地址+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

       6、Socket套接字：

            网络上具有唯一标识的IP地址和端口组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。

          Socket原理机制：

             通信的两端都有Socket

             网络通信其实就是Socket间的通信

             数据在两个Socket间通过IO传输      

       7、Java中的网络支持

             针对网络通信的不同层次，Java提供了不同的API，其提供的网络功能有四大类：

              InetAddress:用于标识网络上的硬件资源，主要是IP地址

              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协议实现的网络通信Socket相关的类

              Datagram:使用UDP协议，将数据保存在用户数据报中，通过网络进行通信。

 

二、InetAddress

         InetAddress类用于标识网络上的硬件资源，标识互联网协议(IP)地址。 

         该类没有构造方法        

1 //获取本机的InetAddress实例
2 InetAddress address =InetAddress.getLocalHost();
3 address.getHostName();//获取计算机名
4 address.getHostAddress();//获取IP地址
5 byte[] bytes = address.getAddress();//获取字节数组形式的IP地址,以点分隔的四部分
6
7 //获取其他主机的InetAddress实例
8 InetAddress address2 =InetAddress.getByName("其他主机名");
9 InetAddress address3 =InetAddress.getByName("IP地址");

三、URL类

         1、URL(Uniform Resource Locator)统一资源定位符，表示Internet上某一资源的地址，协议名：资源名称       

1. 

    1 //创建一个URL的实例
    2 URL baidu =new URL("http://www.baidu.com");
    3 URL url =new URL(baidu,"/index.html?username=tom#test");//？表示参数，#表示锚点
    4 url.getProtocol();//获取协议
    5 url.getHost();//获取主机
    6 url.getPort();//如果没有指定端口号，根据协议不同使用默认端口。此时getPort()方法的返回值为 -1
    7 url.getPath();//获取文件路径
    8 url.getFile();//文件名，包括文件路径+参数
    9 url.getRef();//相对路径，就是锚点，即#号后面的内容
   10 url.getQuery();//查询字符串，即参数

   

         2、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，通过流能够读取或访问网页上的资源      

1. 

    1 //使用URL读取网页内容
    2 //创建一个URL实例
    3 URL url =new URL("http://www.baidu.com");
    4 InputStream is = url.openStream();//通过openStream方法获取资源的字节输入流
    5 InputStreamReader isr =newInputStreamReader(is,"UTF-8");//将字节输入流转换为字符输入流,如果不指定编码，中文可能会出现乱码
    6 BufferedReader br =newBufferedReader(isr);//为字符输入流添加缓冲，提高读取效率
    7 String data = br.readLine();//读取数据
    8 while(data!=null){
    9 System.out.println(data);//输出数据
   10 data = br.readerLine();
   11 }
   12 br.close();
   13 isr.colose();
   14 is.close();

   

四、TCP编程

         1、TCP协议是面向连接的、可靠的、有序的、以字节流的方式发送数据，通过三次握手方式建立连接，形成传输数据的通道，在连接中进行大量数据的传输，效率会稍低

         2、Java中基于TCP协议实现网络通信的类

            客户端的Socket类

            服务器端的ServerSocket类

           

            3、Socket通信的步骤

                 ① 创建ServerSocket和Socket

                 ② 打开连接到Socket的输入/输出流

                 ③ 按照协议对Socket进行读/写操作

                 ④ 关闭输入输出流、关闭Socket

           4、服务器端：

                 ① 创建ServerSocket对象，绑定监听端口

                 ② 通过accept()方法监听客户端请求

                 ③ 连接建立后，通过输入流读取客户端发送的请求信息

                 ④ 通过输出流向客户端发送乡音信息

                 ⑤ 关闭相关资源

1. 

    1 /**
    2  * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录，服务端
    3 */
    4 //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
    5 ServerSocket serverSocket =newServerSocket(10086);//1024-65535的某个端口
    6 //2、调用accept()方法开始监听，等待客户端的连接
    7 Socket socket = serverSocket.accept();
    8 //3、获取输入流，并读取客户端信息
    9 InputStream is = socket.getInputStream();
   10 InputStreamReader isr =newInputStreamReader(is);
   11 BufferedReader br =newBufferedReader(isr);
   12 String info =null;
   13 while((info=br.readLine())!=null){
   14 System.out.println("我是服务器，客户端说："+info)；
   15 }
   16 socket.shutdownInput();//关闭输入流
   17 //4、获取输出流，响应客户端的请求
   18 OutputStream os = socket.getOutputStream();
   19 PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
   20 pw.write("欢迎您！");
   21 pw.flush();
   22
   23
   24 //5、关闭资源
   25 pw.close();
   26 os.close();
   27 br.close();
   28 isr.close();
   29 is.close();
   30 socket.close();
   31 serverSocket.close();

   

              5、客户端：

                 ① 创建Socket对象，指明需要连接的服务器的地址和端口号

                 ② 连接建立后，通过输出流想服务器端发送请求信息

                 ③ 通过输入流获取服务器响应的信息

                 ④ 关闭响应资源 

1. 

    1 //客户端
    2 //1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
    3 Socket socket =newSocket("localhost",10086);
    4 //2、获取输出流，向服务器端发送信息
    5 OutputStream os = socket.getOutputStream();//字节输出流
    6 PrintWriter pw =newPrintWriter(os);//将输出流包装成打印流
    7 pw.write("用户名：admin；密码：123");
    8 pw.flush();
    9 socket.shutdownOutput();
   10 //3、获取输入流，并读取服务器端的响应信息
   11 InputStream is = socket.getInputStream();
   12 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
   13 String info = null;
   14 while((info=br.readLine())!null){
   15  System.out.println("我是客户端，服务器说："+info);
   16 }
   17
   18 //4、关闭资源
   19 br.close();
   20 is.close();
   21 pw.close();
   22 os.close();
   23 socket.close();

   

              6、应用多线程实现服务器与多客户端之间的通信

               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 服务器端接受苦读段请求，创建socket与该客户建立专线连接

               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        

 1 //服务器线程处理
 2 //和本线程相关的socket
 3 Socket socket =null;
 4 //
 5 public serverThread(Socket socket){
 6 this.socket = socket;
 7 }
 8
 9 publicvoid run(){
10 //服务器处理代码
11 }
12
13 //============================================
14 //服务器代码
15 ServerSocket serverSocket =newServerSocket(10086);
16 Socket socket =null;
17 int count =0;//记录客户端的数量
18 while(true){
19 socket = serverScoket.accept();
20 ServerThread serverThread =newServerThread(socket);
21  serverThread.start();
22  count++;
23 System.out.println("客户端连接的数量："+count);
24 }

五、UDP编程

       UDP协议（用户数据报协议）是无连接的、不可靠的、无序的,速度快

       进行数据传输时，首先将要传输的数据定义成数据报（Datagram），大小限制在64k，在数据报中指明数据索要达到的Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去

       DatagramPacket类:表示数据报包

       DatagramSocket类：进行端到端通信的类

       1、服务器端实现步骤

           ① 创建DatagramSocket，指定端口号

           ② 创建DatagramPacket

           ③ 接受客户端发送的数据信息

           ④ 读取数据

1. 

    1 //服务器端，实现基于UDP的用户登录
    2 //1、创建服务器端DatagramSocket，指定端口
    3 DatagramSocket socket =new datagramSocket(10010);
    4 //2、创建数据报，用于接受客户端发送的数据
    5 byte[] data =newbyte[1024];//
    6 DatagramPacket packet =newDatagramPacket(data,data.length);
    7 //3、接受客户端发送的数据
    8 socket.receive(packet);//此方法在接受数据报之前会一致阻塞
    9 //4、读取数据
   10 String info =newString(data,o,data.length);
   11 System.out.println("我是服务器，客户端告诉我"+info);
   12
   13
   14 //=========================================================
   15 //向客户端响应数据
   16 //1、定义客户端的地址、端口号、数据
   17 InetAddress address = packet.getAddress();
   18 int port = packet.getPort();
   19 byte[] data2 = "欢迎您！".geyBytes();
   20 //2、创建数据报，包含响应的数据信息
   21 DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length,address,port);
   22 //3、响应客户端
   23 socket.send(packet2);
   24 //4、关闭资源
   25 socket.close();

   

          2、客户端实现步骤

           ① 定义发送信息

           ② 创建DatagramPacket，包含将要发送的信息

           ③ 创建DatagramSocket

           ④ 发送数据

1. 

    1 //客户端
    2 //1、定义服务器的地址、端口号、数据
    3 InetAddress address =InetAddress.getByName("localhost");
    4 int port =10010;
    5 byte[] data ="用户名：admin;密码：123".getBytes();
    6 //2、创建数据报，包含发送的数据信息
    7 DatagramPacket packet = newDatagramPacket(data,data,length,address,port);
    8 //3、创建DatagramSocket对象
    9 DatagramSocket socket =newDatagramSocket();
   10 //4、向服务器发送数据
   11 socket.send(packet);
   12
   13
   14 //接受服务器端响应数据
   15 //======================================
   16 //1、创建数据报，用于接受服务器端响应数据
   17 byte[] data2 = new byte[1024];
   18 DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length);
   19 //2、接受服务器响应的数据
   20 socket.receive(packet2);
   21 String raply = new String(data2,0,packet2.getLenth());
   22 System.out.println("我是客户端，服务器说："+reply);
   23 //4、关闭资源
   24 socket.close();

   

   六、注意问题：

     1、多线程的优先级问题：

            根据实际的经验，适当的降低优先级，否侧可能会有程序运行效率低的情况

    2、是否关闭输出流和输入流：

             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

     3、使用TCP通信传输对象，IO中序列化部分

     4、socket编程传递文件，IO流部分