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

分别是流套接字、数据报套接字、原始套接字。

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、有接受缓冲区有发送缓冲区、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

使用传出层UDP 协议，特点：无连接、不可靠运输、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

原始套接字是一种允许应用程序直接访问网络层（如IP层）或链路层协议的套接字接口，它绕过了传输层（TCP/UDP）的处理，让开发者能够构造和发送自定义的协议数据包，或捕获经过网卡的原始网络流量。

二、Java套接字通信模型

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。

下面是服务器处理多个用户发送UDP数据报的流程

Java流套接字通信模型

三、UDP数据报套接字流编程

这里通过构建一个回显服务器以及客户端来简单说明流程：

UDPEchoServer

java 复制代码

package com.devilta.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 {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("UDPEchoServer started");
        while(true){
            //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，转换成字符串
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
            //2.根据请求，计算响应,但是因为实现的是回显服务器，所以此处相等于省略了
            String response = process(request);
            //3.把响应返回给客户端，根据响应构造数据报
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            //UDP协议本身没有保存对方的信息，所以需要指定目的ip和目的端口
            socket.send(responsePacket);
            //4.打印日志
            System.out.printf("[%s:%d] req: %s,resp: %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }
    //因为是回显服务器，这里的pocess就只需要返回请求内容就行
    private String process(String request) {
        return request;
    }

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

UDPEchoClient

java 复制代码

package com.devilta.network;

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 serverIP, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverIP = serverIP;
        this.serverPort = serverPort;
        socket = new DatagramSocket();
    }
    public void start() throws IOException {
        while (true) {
            //1.输入发送内容
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("输入发送的内容");
            String request = scanner.next();
            //2。构造DatagramPacket对象，包括载荷和服务器IP，端口号
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);
            //3.发送数据包
            socket.send(requestPacket);
            //4.接受服务器响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            //5.解析数据
            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();
    }
}

四、TCP流套接字编程

TcpEchoServer

java 复制代码

package com.devilta.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;

public class TcpEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket = null;

    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("Starting TcpEchoServer");
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        while(true){
            //Tcp要先处理客户端发来的连接
            //主线程负责进行accept，每次accept到一个客户端，就创建一个新线程
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();//若没有请求，程序就会阻塞
//            Thread t = new Thread(()->{
//                try {
//                    processConnection(clientSocket);
//                } catch (IOException e) {
//                    throw new RuntimeException(e);
//                }
//            });
//            t.start();
            executorService.submit(()->{
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
        }
    }

    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
        try{
            InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
            while(true){
                if(!scanner.hasNext()){
                    //连接断开
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                //1.读取请求并解析
                String request = scanner.next();
                //2.根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //3.返回响应到客户端
                printWriter.println(response);
                printWriter.flush();
                //日志
                System.out.printf("[%s:%d] res: %s,resp: %s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,response);
            }

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally{
            clientSocket.close();
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }

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

一个服务器要同时处理多个客户端请求，这里采用线程池的做法，如果只是单纯使用多线程，线程的创建与销毁可能过于频繁，资源的浪费会比较严重

TcpEchoClient

java 复制代码

package com.devilta.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;

    public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
        socket = new Socket(serverIp,serverPort);
    }
    public void start(){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try{
            InputStream inputstream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputstream = socket.getOutputStream();
            //加层壳
            Scanner input = new Scanner(inputstream);
            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputstream);
            while(true){
                //1.从控制台读取用户输入
                String request = scanner.next();
                //2.发送给服务器
                writer.println(request);
                //加上刷新缓冲区操作，才是真正发送数据
                writer.flush();
                //3.服务器返回响应
                String response = input.nextLine();
                //4.日志
                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();
    }
}

以上只是运用回显服务器进行简单的演示，只是返回了客户端的请求。