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
- 流套接字:使用传输层TCP协议
特点
有连接,可靠传输,面向字节流,有接收缓冲区也有发送缓冲区,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。
-
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。
特点
无连接,不可靠传输,面向数据报,有接收缓冲区,无发送缓冲区,大小受限,一次最多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。
Java数据报套接字通信模型
对于UDP协议来说,具有无连接,面向数据报的特征,即每次都是没有建立连接,并且一次发送全部数
据报,一次接收全部的数据报。
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。
一次发送和接受UDP数据报
一次UDP数据报的发送区分发送端和接收端
发送端
第一步先创建DatagramSocket ,然后构造出要发送的内容,放在DatagramPacket数据报中(包含发送的数据,和ip地址,端口号等信息)
第二步发送数据包给接受端,通过socket.send()方法来发送给接收端
第三步接收端创建DatagramSocket,通过DatagramPacket构造出一个存放数据报的空间,通过socket.receive()方法来接受一个UDP数据报,
最后接收端获取到了发送端发送的信息
以上只是一次发送端的UDP数据报发送,及接收端的数据报接收,并没有返回的数据。也就是只有请求,没有响应。对于一个服务端来说,重要的是提供多个客户端的请求处理及响应
提供多个客户端的请求处理及响应
对于请求响应模型,客户端和服务器同时担任接收端和发送端的任务
客户端先给服务器发送请求,服务器接收到请求后执行业务逻辑,构造响应再次发送给客户端,客户端再接收响应
Java流套接字通信模型
Socket编程注意事项
- 客户端和服务端:开发时,经常是基于一个主机开启两个进程作为客户端和服务端,但真实的场
景,一般都是不同主机。 - 注意目的IP和目的端口号,标识了一次数据传输时要发送数据的终点主机和进程
- Socket编程我们是使用流套接字和数据报套接字,基于传输层的TCP或UDP协议,但应用层协议,
也需要考虑,这块我们在后续来说明如何设计应用层协议
UDP数据报套接字编程
DatagramSocket API
DatagramSocket
是UDP Socket,用于发送和接收UDP数据报。
构造方法
方法名 | 方法说明 |
---|---|
DatagramSocket() | 创建一个UDP数据报套接字的Socket,绑定到本机任意一个随机端口(一般用于客户端) |
DatagramSocket(intport) | 创建一个UDP数据报套接字的Socket,绑定到本机指定的端口(一般用于服务端) |
普通方法
方法名 | 方法说明 |
---|---|
voidreceive(DatagramPacket p) | 从此套接字接收数据报(如果没有接收到数据报,该方法会阻塞等待) |
void send(DatagramPacketp) | 从此套接字发送数据报包(不会阻塞等待,直接发送) |
void close() | 关闭此数据报套接字 |
DatagramPacket API
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
构造方法
方法 | 方法说明 |
---|---|
DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 构造一个DatagramPacket以用来接收数据报,接收的数据保存在字节数组(第一个参数buf)中,接收指定长度(第二个参数length) |
DatagramPacket(byte[]buf, int offset, int length,SocketAddress address) | 构造一个DatagramPacket以用来发送数据报,发送的数据为字节数组(第一个参数buf)中,从0到指定长度(第二个参数length)。address指定目的主机的IP和端口号 |
普通方法
方法名 | 方法说明 |
---|---|
InetAddress getAddress() | 从接收的数据报中,获取发送端主机IP地址;或从发送的数据报中,获取接收端主机IP地址 |
int getPort() | 从接收的数据报中,获取发送端主机的端口号;或从发送的数据报中,获取接收端主机端口号 |
byte[] getData() | 获取数据报中的数据 |
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:
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 创建一个Socket地址,包含IP地址和端口号
实现回显UDP客户端和服务器
客户端
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket = null;
private String serverIp;
private int serverPort;
public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
serverIp = ip;
serverPort = port;
//客户端端口号让系统自动分配
socket = new DatagramSocket();
}
//让客户端反复从控制台读取用户输入的数据,把输入的数据构造成UDP请求,发送给服务器
//在读取服务器返回的响应,打印到控制台
public void start() throws IOException {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("客户端启动");
while (true){
//1.从控制台获取用户输入的数据
System.out.print("-->");
String request = scanner.next();
//构造出请求对象,发送给服务器
/**
* 第一个参数是数据转换为字节数组
* 第二个参数是字节数组的长度
* 第三个参数是ip地址
* 第四个参数是端口号
*/
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
//发送给服务器
socket.send(requestPacket);
//等待服务器返回响应数据报
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);
//将数据报中的数据构造成字符串打印在控制台上
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
udpEchoClient.start();
}
}
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import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
/**
* UDP回显服务器
*/
public class UdpEchoServer {
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("服务器启动");
while (true) {
//1.读取客户端发来的请求
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(requestPacket);
String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
//2.根据请求,做出响应
String response = process(request);
//这里是回显服务器,就返回客户端发来的请求
DatagramPacket responsePocket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort());
socket.send(responsePocket);
System.out.printf("[%s,%d] req: %s,resp: %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),
request,response);
}
}
public String process(String request){
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer udpEchoServer = new UdpEchoServer(9090);
udpEchoServer.start();
}
}
服务器能够进行一对多的响应
TCP流套接字编程
ServerSocket API
ServerSocket
是创建TCP服务端Socket的API
构造方法
ServerSocket(int port)
创建一个服务端流套接字Socket,并绑定到指定端口
普通方法
方法名 | 方法说明 |
---|---|
Socket accept() | 开始监听指定端口(创建时绑定的端口),有客户端连接后,返回一个服务端Socket 对象,并基于该Socket建立与客户端的连接,否则阻塞等待 |
void close() | 关闭此套接字 |
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。
构造方法
Socket(String host, int port)
创建一个客户端流套接字Socket,并与对应IP的主机上,对应端口的进程建立连接
普通方法
方法名 | 方法说明 |
---|---|
InetAddress getInetAddress() | 返回套接字所连接的地址 |
InputStream getInputStream() | 返回此套接字的输入流 |
OutputStream getOutputStream() | 返回此套接字的输出流 |
TCP中的长短连接
TCP发送数据时,需要先建立连接,什么时候关闭连接就决定是短连接还是长连接:
短连接:每次接收到数据并返回响应后,都关闭连接,即是短连接。也就是说,短连接只能一次收发数据。
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。
对比以上长短连接,两者区别如下:
- 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。
扩展了解:
基于BIO(同步阻塞IO)的长连接会一直占用系统资源。对于并发要求很高的服务端系统来说,这样的消耗是不能承受的。
由于每个连接都需要不停的阻塞等待接收数据,所以每个连接都会在一个线程中运行。
一次阻塞等待对应着一次请求、响应,不停处理也就是长连接的特性:一直不关闭连接,不停的处理请求。
实际应用时,服务端一般是基于NIO(即同步非阻塞IO)来实现长连接,性能可以极大的提升。
实现回显TCP客户端和服务器
服务器
import javafx.scene.layout.Priority;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TcpEchoServer {
private ServerSocket serverSocket = null;
//线程数目不固定的线程池
private ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
//绑定端口号
serverSocket = new ServerSocket(port);
}
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务器启动");
while (true){
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
//创建一个新的线程来完成任务
//主线程用来接收客户端的连接
//这里使用线程池,每有一个客户端请求,就使用一个线程
service.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
processConnection(clientSocket);
}
});
}
}
private void processConnection(Socket clientSocket) {
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
//socket对象内部包含了两个字节流对象,可以把这两个字节流对象获取到,完成读写操作
try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
while (true) {
//1.读取请求并解析
//为了读取方便,使用scanner将流对象封装
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
if (!scanner.hasNext()) {
//读取结束,客户端下线
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", clientSocket.getInetAddress().toString(), clientSocket.getPort());
break;
}
// 这个代码暗含一个约定, 客户端发过来的请求, 得是文本数据, 同时, 还得带有空白符作为分割. (比如换行这种)
String request = scanner.next();
//2.根据请求计算响应
String response = process(request);
//3.将响应发送给客户端
//使用PrintWriter封装OutputStream
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(response);
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 {
//finally中加上close操作,保证socket被关闭
try {
clientSocket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
private String process(String resquest){
return resquest;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9090);
tcpEchoServer.start();
}
}
客户端文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-695329.html
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
//构造方法和服务器建立连接
public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
//new操作结束后,就和服务器建立了连接
socket = new Socket(serverIp,serverPort);
}
public void start(){
System.out.println("客户端启动");
Scanner scannerConsole = new Scanner(System.in);
try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){
while (true){
System.out.print("-->");
//1.控制台输入字符串
String request = scannerConsole.next();
//2.发送给服务器
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(request);
printWriter.flush();
//3.从服务器获取响应
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
String response = scanner.next();
System.out.println(response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
tcpEchoClient.start();
}
}
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