计算机网络---网络编程套接字(一)-Toy模板网

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✨计算机网络—网络编程套接字之UDP数据报套接字编程

作者介绍:

🎓作者:偷偷敲代码的青花瓷🐱‍🚀
👀作者的Gitee:代码仓库
📌系列文章推荐:计算机网络 ——网络原理之初识
✨✨我和大家一样都是热爱编程✨,很高兴能在此和大家分享知识,希望在分享知识的同时,能和大家一起共同进步,取得好成绩🤳,今天大家进入网络编程的新章节,如果有错误❌,欢迎指正哟😋,咋们废话不多说,跟紧步伐,开始学习吧~😊

计算机网络---网络编程套接字(一)

Socket套接字

概念

Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。

分类

Socket套接字主要针对传输层协议划分为如下三类：

第一类:流套接字：使用传输层TCP协议 TCP，即Transmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议。

TCP的特点:
1.有连接
2.可靠传输
3.面向字节流
4.有接收缓冲区,也有发送缓冲区
5.大小不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于IO流，流式数据的特征就是在IO流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。

第二类:数据报套接字：使用传输层UDP协议 , UDP，即User Datagram Protocol（用户数据报协议），传输层协议。

UDP特点:
1.无连接
2.不可靠传输
3.面向数据报
4.有接受缓冲区,无法送缓冲区
5.大小受限:一次最多传输64k

对于数据报来说，可以简单的理解为，传输数据是一块一块的，发送一块数据假如100个字节，必须一
次发送，接收也必须一次接收100个字节，而不能分100次，每次接收1个字节。

第三类: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。(简单了解即可)

今天主要讲解Socket套接字的第二类:UDP

UDP数据报套接字编程

在 TCP/IP 协议的传输层除了一个 TCP 协议之外，还有一个 UDP 协议。UDP 协议是用户数据报协议的简称，也用于网络数据的传输。虽然 UDP 协议是一种不太可靠的协议，但有时在需要较快地接收数据并且可以忍受较小错误的情况下，UDP 就会表现出更大的优势。

Java中UDP套接字编程步骤

下面是在 Java 中使用 UDP 协议发送数据的步骤。

1.使用 DatagramSocket() 创建一个数据包套接字。
2.使用 DatagramPacket() 创建要发送的数据包
3.使用 DatagramSocket 类的 send() 方法发送数据包。

接收 UDP 数据包的步骤如下：

1.使用 DatagramSocket 创建数据包套接字，并将其绑定到指定的端口。
2.使用 DatagramPacket 创建字节数组来接收数据包。
3.使用 DatagramPacket 类的 receive() 方法接收 UDP 包。

UDP数据报套接字有两个核心类:DatagramSocket 和 DatagramPacket

DatagramSocket API

DatagramSocket 是 UDP Socket,用于发送和接收UDP 数据报

DatagramSocket 的构造方法:

计算机网络---网络编程套接字(一)

DatagramSocket 的常用方法：

计算机网络---网络编程套接字(一)

DatagramPacket API

DatagramPacket 的构造方法

计算机网络---网络编程套接字(一)

DatagramPacket 的常用方法

计算机网络---网络编程套接字(一)

代码实例以及详细图文解析

实例1:回显服务

进行网络编程,第一步就需要先准备好 socket 实例,这是进行网络编程的大前提

计算机网络---网络编程套接字(一)

注意:

多个进程不能绑定同一个端口,一个进程能够绑定多个端口。

启动服务器,分三个步骤:

1.读取客服端发来的请求
2.根据请求计算响应
3.把响应写回到客户端

计算机网络---网络编程套接字(一)

客户端:
计算机网络---网络编程套接字(一)

输出结果:
计算机网络---网络编程套接字(一)

代码实现:

服务器端:

// 服务器端:
package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

// 站在服务器的角度:
// 1. 源 IP: 服务器程序本机的 IP
// 2. 源端口: 服务器绑定的端口 (此处手动指定了 9090)
// 3. 目的 IP: 包含在收到的数据报中. (客户端的IP)
// 4. 目的端口: 包含在收到的数据报中. (客户端的端口)
// 5. 协议类型: UDP
public class UdpEchoServer {
    // 进行网络编程, 第一步就需要先准备好 socket 实例~ 这是进行网络编程的大前提.
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    // 启动服务器.
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器!");
        // UDP 不需要建立连接, 直接接收从客户端来的数据即可
        while (true) {
            // 1. 读取客户端发来的请求
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
            socket.receive(requestPacket); // 为了接受数据, 需要先准备好一个空的 DatagramPacket 对象, 由 receive 来进行填充数据
            // 把 DatagramPacket 解析成一个 String
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength(), "UTF-8");
            // 2. 根据请求计算响应(由于咱们这是一个回显服务, 2 省略)
            String response = process(request);
            // 3. 把响应写回到客户端
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",
                    requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(), request, response);
        }
    }

    // 由于是回显服务, 响应就和请求一样了.
    // 实际上对于一个真实的服务器来说, 这个过程是最复杂的. 为了实现这个过程, 可能需要几万行, 几十万行代码....
    public String process(String request) {
        return request;
    }

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

客户端:

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

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

    // 站在客户端的角度:
    // 源 IP: 本机 IP
    // 源端口: 系统分配的端口
    // 目的 IP: 服务器的 IP
    // 目的端口: 服务器的端口
    // 协议类型: UDP
    public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        // 此处的 port 是服务器的端口.
        // 客户端启动的时候, 不需要给 socket 指定端口. 客户端自己的端口是系统随机分配的~~
        socket = new DatagramSocket();
        serverIP = ip;
        serverPort = port;
    }
    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            // 1. 先从控制台读取用户输入的字符串
            System.out.print("-> ");
            String request = scanner.next();
            // 2. 把这个用户输入的内容, 构造成一个 UDP 请求, 并发送.
            //    构造的请求里包含两部分信息:
            //    1) 数据的内容. request 字符串
            //    2) 数据要发给谁~ 服务器的 IP + 端口
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIP), serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            // 3. 从服务器读取响应数据, 并解析
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength(), "UTF-8");
            // 4. 把响应结果显示到控制台上.
            System.out.printf("req: %s, resp: %s\n", request, response);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 由于服务器和客户端在同一个机器上, 使用的 IP 仍然是 127.0.0.1 . 如果是在不同的机器上, 当然就需要更改这里的 IP 了
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }
 }

实例2:程序翻译(英译汉 )

请求:一些简单的英语单词响应:英语单词对应的翻译

这个简单的程序我们需要知道,客户端不变,把服务器代码进行调整,主要是调整 process 方法,读取请求并分析,把响应写会给客户端,这俩步骤都一样,关键的逻辑就是"根据请求处理响应"

代码实现:

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;

public class UdpDictServer extends UdpEchoServer {
    private HashMap<String, String> dict = new HashMap<>();

    public UdpDictServer(int port) throws SocketException {
        super(port);

        // 简单构造几个词
        dict.put("cat", "小猫");
        dict.put("dog", "小狗");
        dict.put("fuck", "卧槽");
        dict.put("pig", "小猪");
    }

    @Override
    public String process(String request) {
        return dict.getOrDefault(request, "该词无法被翻译!");
    }

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

输出结果:
计算机网络---网络编程套接字(一)