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summary: [基于TCP/IP和UDP協議的Java Socket網路通信編程]
author : [yaenli]
notekey: [20230512-143738]
Socket 網路模型
Socket編程是在TCP/IP、UDP協議上的網路編程，在此之前，先了解下常見的網路模型：
-
OSI七層模型與TCP模型：
-
OSI七層模型詳解（OSI七層模型詳解）
Socket就在應用程式的傳輸層和應用層之間的一個抽象層：
Socket 知識
Socket概述
- 在計算機網路編程技術中，兩個行程或者說兩臺計算機可以通過一個網路通信連接實作資料的交換，這種通信鏈路的端點就被稱為“套接字”（Socket），
- Socket 是網路驅動層提供給應用程式的一個介面或者說一種機制，
- Socket 方便了應用程式訪問通訊協議TCP/IP、UDP ，
- 我們可以把套接字看成是 電話機，有了套接字，才有了通訊的工具，我們可以把IP地址看成是話號碼， 埠號看成是分機號，
Java中Socket的實作
Socket的底層機制非常復雜，Java平臺提供了一些簡單但是強大的類，可以簡單有效地使用Socket開發通信程式而無須了解底層機制，
java.net包提供了若干支持基于套接字的客戶端/服務器通信的類：
ServerSocket 類用來創建 TCP/IP 服務器端；
Socket 類用來創建 TCP/IP 客戶端；
DatagramSocket 類用來實作 UDP 協議的客戶端和服務器套接字；
DatagramPacket 類用來封裝、處理 UDP 協議的資料包；
InetAddress 類用于封裝IP和DNS等地址資訊，在創建資料報報文和 Socket 物件時，可以使用，
Socket 編程
基于TCP/IP協議的Socket編程
（1）分別使用java.net.Socket和ServerSocket來創建客戶端和服務器端套接字，它們是基于TCP協議進行作業的，作業程序如同打電話的程序，只有雙方都接通了，才能開始通話，
（2）基于TCP創建的套接字叫做 流套接字，Socket通過資料流來完成資料的傳遞作業，
（3）Socket編程中，遵循client-server模型，服務器端相當于一個監聽器，用來監聽埠，
相關類
- Socket 類：用構造方法創建套接字，并將此套接字連接至指定的主機和埠，
// 常用構造
public Socket(@Nullable String host, int port ) throws UnknownHostException, IOException ;
public Socket(InetAddress address, int port ) throws IOException ;
// 常用方法
public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException;// 將此套接字連接到服務器，并指定一個超時值，
public InetAddress getInetAddress(); // 回傳遠程IP資訊
public int getPort(); // 回傳遠程埠
public int getLocalPort(); // 回傳本地埠
public InputStream getInputStream(); // 獲取輸入流
public OutputStream getOutputStream(); // 獲取輸出流
public void close() throws IOException // 關閉此套接字
- ServerSocket 類：等待客戶端建立連接，連接建立以后進行通信，
// 常用構造方法
public ServerSocket(int port) throws IOException; // 創建指定埠的服務器套接字
public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException; // 指定最大連接佇列
public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException; // 指定系結的本地ip地址
// 常用方法：Socket中的方法都能適用，除此之外，還有以下方法
public Socket accept() throws IOException // （阻塞方法）偵聽連接請求，并回傳一個新的通信套接字，該 Socket 連接到客戶端的 Socket
public void bind(SocketAddress host, int backlog) // 將ServerSocket系結到特定地址
開發流程
詳細互動程序：
服務端編程步驟：
- 實體化
ServerSocket物件，系結指定埠； - 呼叫
accept()，監聽連接請求（阻塞等待），并回傳通信Socket； - 從
Socket獲取輸出流輸入流，從輸入流中讀取請求資訊，向輸出流中寫入回應資訊； - 關閉資料流和通信套接字，
客戶端編程步驟：
- 實體化
Socket物件，連接到指定服務器端； - 從
Socket獲取輸出流輸入流，向輸出流中寫入請求資訊，從輸入流中讀取回應資訊； - 關閉資料流和通信套接字，
客戶端和服務器端的互動，采用一問一答的模式，先啟動服務器進入監聽狀態，等待客戶端的連接請求，連接成功以后，客戶端先 “發言”，服務器給予 “回應”，
示例代碼
采用多執行緒的方式，實作一個服務端回應多個客戶端請求，
服務端代碼： 使服務器端Socket一直處于監聽狀態，服務器端每監聽到一個請求，創建一個執行緒物件并啟動，
import java.net.*;
import java.io.*;
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) {
ServerSocket serverSocket = null;
try {
// 建立一個服務器Socket(ServerSocket)指定埠并開始監聽
serverSocket = new ServerSocket(8800);
// 監聽一直進行中
while (true) {
// 使用accept()方法等待客戶發起通信
Socket socket = serverSocket.accept();
new SocketThread(socket).start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
import java.net.*;
import java.io.*;
public class SocketThread extends Thread {
/*
* （1）創建服務器端執行緒類，run()方法中實作對一個請求的回應處理，
* （2）讓服務器端Socket一直處于監聽狀態，
* （3）服務器端每監聽到一個請求，創建一個執行緒物件并啟動
*/
Socket socket = null;
//每啟動一個執行緒，連接對應的Socket
public LoginThread(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
//啟動執行緒，即回應客戶請求
public void run() {
InputStream is = null;
ObjectInputStream ois = null;
OutputStream os = null;
try {
//打開輸入流
is = socket.getInputStream();
//反序列化
ois = new ObjectInputStream(is);
//獲取客戶端資訊，即從輸入流讀取資訊，DataObject為自定義資料類
DataObject data = https://www.cnblogs.com/yaenli/p/(DataObject)ois.readObject();
if(data!=null){
System.out.println("我是服務端，客戶端傳送資訊為：" + data.getMessage());
}
//給客戶端一個回應，即向輸出流中寫入資訊
os = socket.getOutputStream();
String reply = "服務端接收成功！";
os.write(reply.getBytes());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
try {
os.close();
ois.close();
is.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
客戶端代碼：
import java.net.*;
import java.io.*;
public class SocketClient {
/*
* 客戶端通過輸出流向服務器端發送請求資訊
* 服務器偵聽客戶端的請求得到一個Socket物件，將這個Socket物件傳遞給執行緒類
* 執行緒類通過輸入流獲取客戶端的請求并通過輸出流向客戶端發送回應資訊
* 客戶端通過輸入流讀取服務器發送的回應資訊
*
*/
public static void main(String[] args) {
Socket socket = null;
OutputStream os = null;
ObjectOutputStream oos = null;
InputStream is = null;
BufferedReader br = null;
try {
// 建立客戶端Socket連接，指定服務器的位置為本機以及埠為8800
socket = new Socket("localhost", 8800);
// 打開輸出流
os = socket.getOutputStream();
// 物件序列化
oos = new ObjectOutputStream(os);
// 發送客戶端資訊，即向輸出流中寫入資訊，DataObject為自定義資料類
DataObject data = https://www.cnblogs.com/yaenli/p/new DataObject("服務端你好，我是客戶端");
oos.writeObject(data);
socket.shutdownOutput();
// 接收服務器端的回應，即從輸入流中讀取資訊
is = socket.getInputStream();
br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String reply;
while ((reply = br.readLine()) != null) {
System.out.println("我是客戶端，服務器的回應為：" + reply);
}
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
br.close();
is.close();
oos.close();
os.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
基于UDP的socket編程
（1）基于TCP的網路通信是安全的，是雙向的，如同打電話，需要先有服務端，建立雙向連接后，才開始資料通信，
（2）基于UDP的套接字就是 資料報套接字，資料報是表示通信的一種報文型別，使用資料報進行通信時無須事先建立連接，只需要指明對方地址，然后將資料送出去，這樣的網路通信是不安全的，所以只應用在如聊天系統、咨詢系統等場合下，
（3）兩端都要先構造好相應的資料包，資料報套接字發送成功之后，就相當于建立了一個虛連接，雙方可以發送資料，
（4）Java中有兩個可使用資料報實作通信的類，即DatagramPacket和DatagramSocket，
（5）DatagramPacket類起到資料容器的作用，DatagramSocket類用于發送或接收DatagramPacket，以此實作資料報通信，
UDP與TCP通信的區別：
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| 是否連接 | 面向連接 | 面向非連接 |
| 傳輸可靠性 | 可靠 | 不可靠 |
| 速度 | 慢 | 快 |
相關類
- java.net. DatagramPacket ：資料電報包，用于封裝發送的資料，
- java.net. DatagramSocket ：資料電報套接字，不維護連接狀態，不產生輸入/輸出資料流，用于接收和發送DatagramPacket物件封裝好的資料報，
開發流程
UDP通信的兩個端點程式是平等的，沒有主次之分，甚至它們的代碼都可以完全是一樣的，
接收端編程步驟：
- 實體化
DatagramSocket創建資料報套接字，系結到指定埠； - 實體化
DatagramPacket建立要接收的UDP包； - 呼叫
DatagramSocket.receive()，接收UDP包； - 處理接收到的
DatagramPacket資料包，關閉資料報套接字，
發送端編程步驟：
- 實體化
DatagramSocket創建資料報套接字，系結到指定埠； - 實體化
DatagramPacket建立要發送的UDP包； - 呼叫
DatagramSocket.send()，發送UDP包； - 關閉資料報套接字，
示例代碼
發送方發送咨詢問題，接收方回應咨詢，
接收端代碼：
import java.net.*;
import java.io.*;
public class UDPReceive {
public static void main(String[] args) {
/*
* 接收方實作步驟如下：
* （1）創建DatagramPacket物件，準備接收封裝的資料，
* （2）創建DatagramSocket物件，接收資料保存于DatagramPacket物件中，
* （3）利用DatagramPacket物件處理資料，
*/
DatagramSocket ds = null;
DatagramPacket dp = null;
DatagramPacket dp_reply = null;
// 創建DatagramPacket物件，用來準備接收資料
byte[] buf = new byte[1024];
dp = new DatagramPacket(buf, 1024);
try {
// 創建DatagramSocket物件，接收資料
ds = new DatagramSocket(8800);
ds.receive(dp);
// 顯示接收到的資訊
String mess = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress() + "說：" + mess);
// 給發送端回傳資料,需要發送端去接受
String reply = "接收端：你好，我在，請咨詢！";
// 創建DatagramPacket物件，封裝資料
dp_reply = new DatagramPacket(reply.getBytes(),
reply.getBytes().length, dp.getSocketAddress());
ds.send(dp_reply);
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
ds.close();
}
}
}
發送端代碼：
import java.net.*;
import java.io.*;
public class UDPSend {
/*
* 發送方實作步驟如下：
* （1）獲取本地主機的InetAddress物件，
* （2）創建DatagramPacket物件，封裝要發送的資訊，
* （3）利用DatagramSocket物件將DatagramPacket物件資料發送出去，
*/
public static void main(String[] args) {
DatagramSocket ds = null;
InetAddress ia = null;
String mess = "發送端：你好，我想咨詢一個問題，";
try {
// 獲取本地主機地址
ia = InetAddress.getByName("localhost");
// 創建DatagramPacket物件，封裝資料
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(mess.getBytes(),
mess.getBytes().length, ia, 8800);
// 創建DatagramSocket物件，向服務器發送資料
ds = new DatagramSocket();
ds.send(dp);
//接受回傳來的資料，
byte[] buf = new byte[1024];
DatagramPacket dpre = new DatagramPacket(buf, buf.length);
ds.receive(dpre);
// 顯示接收到的資訊
String reply = new String(dpre.getData(), 0, dpre.getLength());
System.out.println(dpre.getAddress().getHostAddress() + "說："
+ reply);
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
ds.close();
}
}
}
參考文章
Java網路編程——Socket 編程
Java---Socket編程UDP/TCP-CSDN博客
JAVA進階——Socket編程-CSDN博客
Java Socket實作簡單的Http服務器
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