JavaEE-网络编程套接字（UDP/TCP）

登 风2023-10-06 16:38




下面写一个简单的UDP客户端服务器流程

思路：

对于服务器端：读取请求，并解析--> 根据解析出的请求，做出响应(这里是一个回显，)-->把响应写回客户端

对于客户端：从控制台读取用户输入的内容-->从控制台读取用户输入的内容-->从控制台读取用户输入的内容-->将其显示在屏幕上

全部代码如下：

服务器端：

java 复制代码 
package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
//UDP的回显服务器   客户端发出的请求是啥，服务器返回的响应就是啥
public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket=null;

    //  指定服务器的port
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket=new DatagramSocket(port);
    }

    //指定一个方法启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器开始启动");
        while(true){
            // 反复的, 长期的执行针对客户端请求处理的逻辑.
            // 一个服务器, 运行过程中, 要做的事情, 主要是三个核心环节.
            //服务器这里需要接收请求
            //1.读取请求，并解析
            DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestPacket);
            //解析
            String request=new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());
            //2.根据解析出的请求，做出响应(这里是一个回显，)
            String response=process(request);
            //3. 把响应写回客户端  此时需要告诉网卡，要发的内容是啥，发给谁
            //构造一个发送数据包
            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            //记录日志
            System.out.printf("[%s:%d]  req: %s, resp: %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),
                    request,response);
        }
    }
    //这里是一个回显，只需要返回这个字符串
    public String process(String request){
        return request;
    }

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

客户端：

java 复制代码 
package network;

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
    //由于客户端的port是自动分配的，所以这里不会像服务器那样配置port
    //但是，客户端需要向服务器发送请求，所以，这里我们需要知道服务器的ip和port
    private DatagramSocket socket=null;
    private String serverIp;
    private int serverPort;

    //外部指定服务器的ip和port
    public UdpEchoClient(String ip,int port) throws SocketException {
        this.serverIp=ip;
        this.serverPort=port;
        //客户端的port是自动分配的
        socket=new DatagramSocket();

    }
    // 让这个客户端反复的从控制台读取用户输入的内容. 把这个内容构造成 UDP 请求, 发给服务器. 再读取服务器返回的 UDP 响应
    // 最终再显示在客户端的屏幕上.
    public void  start() throws IOException {
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        System.out.println("客户端开始启动");
        while(true){
            //1. 从控制台读取用户输入的内容
            System.out.println("->");
            String requset=scanner.next();
            //2.构造请求对象，发送给服务器
            DatagramPacket requsetPacket=new DatagramPacket(requset.getBytes(),requset.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requsetPacket);
            //3.读取服务器的响应，并解析出其内容
            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            String response=new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            //4 。将其显示在屏幕上
            System.out.println(response);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient udpEchoClient=new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);//127.0.0.1 本机ip
        udpEchoClient.start();

    }
}

运行结果如下

对上述过程中的一些谈论和分析：


多个客户端向一个服务器发送请求

下面写一个简单的翻译服务器

重写的服务器端的代码如下：

java 复制代码 
package network;

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

public class UdpDictServer extends UdpEchoServer{
    //使用HashMap保存中英文翻译的键值对
    private Map<String,String> dict =new HashMap<>();
    //实现父类的构造方法
    public UdpDictServer(int port) throws SocketException {
        super(port);

        //一些原始的键值对
        dict.put("cat","猫");
        dict.put("dog","狗");
        dict.put("people","人");
    }
    //与原始的UdpEachServer相比，这里对于请求的处理过程是不一样的
    //重写process方法

    @Override
    public String process(String request) {
        //找到对应的翻译，并返回
        //getOrDefault方法，找到key所对应的value值，如果没有找到，则返回defaultValue（即第二个参数）
        return dict.getOrDefault(request,"该词没有查询到");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpDictServer server=new UdpDictServer(9090);
        // start 不需要重新再写一遍了. 直接就复用了之前的 start
        server.start();
    }
}

执行结果如下：


下面写一个基于TCP 的回显流程

思路：

服务器端：先从队列中拿到一个"连接"--> 读取请求并解析-->根据请求计算响应-->把响应写回给客户端

客户端：从控制台输入字符串-->把请求发送给服务器-->从服务器读取响应.-->把响应打印出来

全部代码如下：

服务器端代码：

java 复制代码 
package network;

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;

//基于TCP的回显服务器
public class TcpEachServer {
    private ServerSocket serverSocket=null;

    //绑定端口号
    public  TcpEachServer(int port) throws IOException {
        serverSocket=new ServerSocket(port);
    }

    //启动服务器
    public  void  start() throws IOException {
        System.out.println("服务器开始启动");
        while(true){
            //从管理连接的队列中拿出一个"连接"出来
            Socket clientSocket=serverSocket.accept();
            //处理这个连接内的请求
            processConnection(clientSocket);
        }
    }
    //这个方法用来处理连接中的逻辑
    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        //日志
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                clientSocket.getPort());
        //下面开始读取请求，计算响应，返回响应  三步曲
        //Socket对象内部包含两种字节流对象InputStream和OutputStream，可以先把这两个对象流获
        // 取到，方便后续处理过程种的读写工作
        try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()){
            //不同于UDP协议中的无连接，在客户端的一次连接过程中，可能涉及多次请求/响应过程
            //因此。这里使用一个while循环，直到该连接中的所有请求处理完毕
            while(true){
                //1，读取请求并解析
                Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
                //hasNext的作用是，检测输入流中是否有结束输入的控制符，比如0x1A(EOF,Ctrl-Z)
                //用于检测一个连接是否结束
                if(!scanner.hasNext()){
                    //一个连接处理完毕
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端本次连接处理完毕，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)
                //next()：当输入到空白符结束
                String request=scanner.next();
                //2.根据请求计算响应
               String response=process(request);
               //3. 把响应写回客户端，把OutputStream用PrintWriter(此处的PrintWriter相当于Scanner)包裹一下，便于发送数据
                //将outputStream和PrintWriter关联起来
                PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);
                //使用 PrintWriter 的 println 方法,打印到输出流中 把响应返回给客户端.
                //此处用 println, 而不是 print 就是为了在结尾加上 \n . 方便客户端读取响应, 使用 scanner.next 读取.
                writer.println(response);
                //这里还需要加一个 "刷新缓冲区" 操作.将缓冲区的数据强制输出，用于清空缓冲区
                writer.flush();

                //日志 记录当前的请求和响应
                System.out.printf("[%s:%d]  req: %s,resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                        clientSocket.getPort(),request,response);
            }
        }
    }

    //回显，只需要再返回这个字符串
    public String process(String requset){
        return requset;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEachServer tcpEachServer=new TcpEachServer(9090);
        tcpEachServer.start();
    }
}

客户端代码：

java 复制代码 
package network;

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;

    //服务器端的ip和port
    public  TcpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws IOException {
        //这个new的动作完成后，完成了tcp的建立
        socket=new Socket(serverIp,serverPort);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动");
        Scanner scannerConsole=new Scanner(System.in);
        //Socket对象内部包含两种字节流对象InputStream和OutputStream，可以先把这两个对象流获
        //   取到，方便后续处理过程种的读写工作
        try(InputStream inputStream=socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream=socket.getOutputStream()){
            while(true){
                //1.从控制台输入字符串
                System.out.println("-->");
                String request=scannerConsole.next();
                //2.把请求发送给服务器  需要对request进行包装，使用PrintWriter
                PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream);
                //使用 println 带上换行. 后续服务器读取请求, 就可以使用 scanner.next 来获取了
                printWriter.println(request);//发送请求
                printWriter.flush();
                //3.从服务器中接收响应
                Scanner scannerNetwork=new Scanner(inputStream);
                String response=scannerNetwork.next();
                //4.把响应打印出来
                System.out.println(response);
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient tcpEchoClient=new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        tcpEchoClient.start();
    }
}

当开多个线程时，发现只有一个线程在被处理，其它线程都在等待，

当被处理的线程下线后，其他线程的逻辑才开始被处理

原因在于 Socket clientSocket = serverSocket.accept();和processConnection(clientSocket);都是主线程进行处理的且在同一次循环体中，只有一个clinetSocket连接被处理完后，才会去队列中accept下一个连接，为此，这里我们可以采用多线程进行处理。

修改为多线程后，可以看到 有多个客户端可以访问服务器

考虑到一个现实的情况，许多客户端需要频繁的访问服务器，那就是需要频繁的断开/连接，我们这里可以使用线程池

同样也可以实现多个客户端同时访问服务器。

最终的服务器的代码如下：

java 复制代码 
package network;

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;
//基于TCP的回显服务器
public class TcpEachServer {
    private ServerSocket serverSocket=null;
    //创建一个非固定数目的线程池
    private ExecutorService service= Executors.newCachedThreadPool();

    //绑定端口号
    public  TcpEachServer(int port) throws IOException {
        serverSocket=new ServerSocket(port);
    }

    //启动服务器
    public  void  start() throws IOException {
        System.out.println("服务器开始启动");
        while(true){
            //从管理连接的队列中拿出一个"连接"出来
            Socket clientSocket=serverSocket.accept();
            //处理这个连接内的请求
            service.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        processConnection(clientSocket);
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
/*            Thread t=new Thread(() ->{
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            t.start();*/
        }
    }
    //这个方法用来处理连接中的逻辑
    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        //日志
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                clientSocket.getPort());
        //下面开始读取请求，计算响应，返回响应  三步曲
        //Socket对象内部包含两种字节流对象InputStream和OutputStream，可以先把这两个对象流获
        // 取到，方便后续处理过程种的读写工作
        try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()){
            //不同于UDP协议中的无连接，在客户端的一次连接过程中，可能涉及多次请求/响应过程
            //因此。这里使用一个while循环，直到该连接中的所有请求处理完毕
            while(true){
                //1，读取请求并解析
                Scanner scanner=new Scanner(inputStream);
                //hasNext的作用是，检测输入流中是否有结束输入的控制符，比如0x1A(EOF,Ctrl-Z)
                //用于检测一个连接是否结束
                if(!scanner.hasNext()){
                    //一个连接处理完毕
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端本次连接处理完毕，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)
                //next()：当输入到空白符结束
                String request=scanner.next();
                //2.根据请求计算响应
               String response=process(request);
               //3. 把响应写回客户端，把OutputStream用PrintWriter(此处的PrintWriter相当于Scanner)包裹一下，便于发送数据
                //将outputStream和PrintWriter关联起来
                PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);
                //使用 PrintWriter 的 println 方法,打印到输出流中 把响应返回给客户端.
                //此处用 println, 而不是 print 就是为了在结尾加上 \n . 方便客户端读取响应, 使用 scanner.next 读取.
                writer.println(response);
                //这里还需要加一个 "刷新缓冲区" 操作.将缓冲区的数据强制输出，用于清空缓冲区
                writer.flush();

                //日志 记录当前的请求和响应
                System.out.printf("[%s:%d]  req: %s,resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                        clientSocket.getPort(),request,response);
            }
        } finally {
            clientSocket.close();
        }
    }

    //回显，只需要再返回这个字符串
    public String process(String requset){
        return requset;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEachServer tcpEachServer=new TcpEachServer(9090);
        tcpEachServer.start();
    }
}

上述过程中的一些思路


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