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：
流套接字：
流套接字：使用传输层TCP协议 TCP，即TransmissionControlProtocol（传输控制协议），传输层协议。
以下为TCP的特点（细节后续再学习）：
• 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：
数据报套接字：使用传输层UDP协议 UDP，即UserDatagramProtocol（用户数据报协议），传输层协议。 以下为UDP的特点（细节后续再学习）：
• 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。
原始套接字
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。
我们不学习原始套接字，简单了解即可。
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。对于⼀次发送及接收UDP数据报的流程如下：
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⼾端的请求处理及响应，流程如下：
Java流套接字通信模型
Socket编程注意事项
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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
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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。
-
关于端口被占用的问题
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如果⼀个进程A已经绑定了⼀个端口，再启动⼀个进程B绑定该端端口，就会报错，这种情况也叫端口 被占用。对于java进程来说，端口被占用的常见报错信息如下：
计算机中 "文件" 的广义概念与 Socket 对网卡的抽象管理
- 广义文件概念：计算机中的 "文件" 是抽象化管理概念，不仅包含普通存储文件，还可代指硬件设备。操作系统将硬件设备抽象为文件，实现统一管理。
- 网卡与 Socket 文件的关联 ：网卡被抽象为
socket文件，操作网卡的流程与操作普通文件一致，遵循打开→读写→关闭的步骤，且会在文件描述符表中分配表项。 - Socket 文件的作用：直接操作网卡难度较大，Socket 文件相当于 "网卡的遥控器"，将对网卡的操作转换为对 Socket 文件的操作，降低了硬件操作的复杂度，让开发者能以熟悉的文件操作逻辑处理网络通信。
解决端口被占用的问题：
◦ 如果占用端口的进程A不需要运行，就可以关闭A后，再启动需要绑定该端口的进程B
◦ 如果需要运行A进程，则可以修改进程B的绑定端口，换为其他没有使用的端口。
UDP数据报套接字编程
API 介绍
DatagramSocket：
DatagramSocket 是UDP 的Socket，用于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket 构造方法： 就是 打开 '文件'
DatagramSocket 方法：receive 就是读取 ，send 就是写
DatagramPacket
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
DatagramPacket表示UDP完整的数据报
DatagramPacket 构造方法：
UDP数据包的载荷数据，就饿可以通过构造方法来指定
DatagramPacket 方法：
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
InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类）构造方法：
注意：真实的服务器响应与请求是不一样的，这个是回显服务器
updSevrve示例：
核心思路：
具体实现：
DatagramPacket是 Java 中用于表示 UDP 数据报的类。new byte[4096]：创建一个长度为 4096 字节的字节数组，用来存储接收到的 UDP 数据报的载荷部分（即实际传输的有效数据）。length: 4096：指定接收数据的最大长度为 4096 字节，确保接收到的数据不会超出字节数组的容量。
将 UDP 数据报中接收到的二进制数据转换为字符串：
requestPacket.getData()：获取存储 UDP 数据报载荷的字节数组（即接收到的二进制数据）。offset: 0：指定从字节数组的起始位置（第 0 个字节）开始转换。requestPacket.getLength()：获取实际接收到的数据长度，确保只转换有效数据部分。
打印 UDP 通信请求与响应日志
receive() 方法的 DatagramPacket 参数是一个典型的"输出型参数"：
输出型参数：调用方提供一个"空容器"，方法执行后这个容器被填充了数据。
为什么不用手动close 关闭socket?
UDP 服务器中Socket对象的生命周期和资源释放：
- Socket 对象的生命周期 ：在 UDP 服务器中，
Socket对象会伴随服务器的整个运行过程，从服务器启动到停止，始终用于处理客户端的 UDP 数据报通信。 - 资源释放机制 ：当服务器进程结束（如关闭服务器程序）时，操作系统会自动释放该进程在 PCB（进程控制块）文件描述符表中占用的所有资源，因此不需要手动调用
close方法来释放Socket资源。
PCB 是 进程控制块（Process Control Block） 的缩写，是操作系统用于管理进程的核心数据结构
服务器启动后，客户端还没请求时，服务器逻辑在做什么？
服务器会在 socket.receive(requestPacket) 处阻塞，直到客户端发送 UDP 请求才会继续执行。
java
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
public class UdpEchoServer {
private DatagramSocket socket = null;
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
// 指定了一个固定端口号, 让服务器来使用.
socket = new DatagramSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
// 启动服务器
System.out.println("服务器启动");
while (true) {
// 循环一次, 就相当于处理一次请求.
// 处理请求的过程, 典型的服务器都是分成三个步骤的.
// 1. 读取请求并解析.
// DatagramPacket 表示一个 UDP 数据报. 此处传入的字节数组, 就保存 UDP 的载荷部分.
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(requestPacket);
// 把读取到的二进制数据, 转成字符串. 只是构造有效的部分.
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
// 2. 根据请求, 计算响应. (服务器最关键的逻辑)
// 但是此处写的是回显服务器. 这个环节相当于省略了.
String response = process(request);
// 3. 把响应返回给客户端
// 根据 response 构造 DatagramPacket, 发送给客户端.
// 此处不能使用 response.length()
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());
// 此处还不能直接发送. UDP 协议自身没有保存对方的信息(不知道发给谁)
// 需要指定 目的 ip 和 目的端口.
socket.send(responsePacket);
// 4. 打印一个日志
System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(),
request, response);
}
}
// 后续如果要写别的服务器, 只修改这个地方就好了.
// 不要忘记, private 方法不能被重写. 需要改成 public
public String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
server.start();
}
}updClient示例：
我们的数据包中，只存储了他自己的IP和端口号，所以客户端这里要记一下服务器的IP和端口号
客户端访问服务器时，IP 和端口是如何分配的？
-目的 IP：服务器的 IP（serverIP）。
-目的端口：服务器的端口（serverport）。
-源 IP：客户端所在主机的 IP。
-源端口：操作系统随机分配的空闲端口。
getByName(): 解析服务器 IP 地址
127.0.0.1（环回 IP）
服务器与客户端之间要联网么？
java
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket = null;
// UDP 本身不保存对端的信息, 就自己的代码中保存一下
private String serverIp;
private int serverPort;
// 和服务器不同, 此处的构造方法是要指定访问的服务器的地址.
public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;
socket = new DatagramSocket();
}
public void start() throws IOException {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true) {
// 1. 从控制台读取用户输入的内容.
System.out.println("请输入要发送的内容:");
if (!scanner.hasNext()) {
break;
}
String request = scanner.next();
// 2. 把请求发送给服务器, 需要构造 DatagramPacket 对象.
// 构造过程中, 不光要构造载荷, 还要设置服务器的 IP 和端口号
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
// 3. 发送数据报
socket.send(requestPacket);
// 4. 接收服务器的响应
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);
// 5. 从服务器读取的数据进行解析, 打印出来.
String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
client.start();
}
}