本次学习Socket的编程开发,该技术在一些通讯软件,比如说微信,QQ等有广泛应用。
网络结构
这些都是计算机网络中的内容,我们在这里简单回顾一下:
UDP(User Datagram Protocol):
用户数据报协议;TCP(Transmission ControlProtocol):
传输控制协议。
TCP
协议
特点:面向连接、可靠通信。
TCP
的最终目的:要保证在不可靠的信道上实现可靠的传输。
TCP
主要有三个步骤实现可靠传输:三次握手建立连接,传输数据进行确认,四次挥手断开连接。
四次握手是为了确保收发数据都已完成。
我们首先了解一下关于获取主机地址的相关方法:
//获取本机IP地址对象的地址
InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(localHost.getHostName());
System.out.println(localHost.getHostAddress());
//获取指定IP域名的IP地址对象
InetAddress ip = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(ip.getHostName());//输出ip主机名称
System.out.println(ip.getHostAddress());//输出指定域名的ip地址
//判断6秒内能否与百度联通,相当于ping
System.out.println(ip.isReachable(6000));
UDP通信开发
随后我们进行客户端与服务端的数据发送与接收:
首先是客户端的定义:
//创建客户端对象,这里可以选择使用无参构造,当然也可以指定端口进行有参构造,在不指定端口时系统会默认分配
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
//创建数据包封装对象,存储数据信息
// public DatagramPacket(byte buf[], int offset, int length,
// InetAddress address, int port) {
// setData(buf, offset, length);
// setAddress(address);
// setPort(port);
// }
byte[] bytes = "客户端消息:我是鹏翔".getBytes();
//客户端发送的数据包,需要指明接收的服务端的IP地址以及端口
DatagramPacket packet =
new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getLocalHost(),8888);
//发送数据包
socket.send(packet);
System.out.println("客户端数据发送完毕");
socket.close();
服务端的开发设计
System.out.println("服务端启动");
//创建一个服务端对象,并指定端口
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
//定义所能够接收的数据的大小
byte[] buffer = new byte[1024*64];
//服务器接受的数据包
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
//接收数据
socket.receive(packet);
int length = packet.getLength();
String string = new String(packet.getData(), 0, length);//发送多少数据则接收多少数据
System.out.println(string);
socket.close();
至此,我们的客户端与服务端便开发完成了,在实验中,我们需要先启动服务端,再启动客户端。
至此,完成客户端与服务端的消息发送与接收。
UTP通信多发多收
但这只是完成了一次消息的发送与接收,而在实际情况中我们往往需要进行多发多收,那么该如何实现呢?
客户端设计:
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建一个服务端对象,并指定端口
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
//定义所能够接收的数据的大小
byte[] buffer = new byte[1024*64];
//服务器接受的数据包
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
while(true){
socket.receive(packet);
int length = packet.getLength();
String string = new String(packet.getData(), 0, length);
System.out.println(string);
System.out.println("--------------------------");
}
}
客户端设计:
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建客户端对象
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
Scanner scanner=new Scanner(System.in);
while(true){
System.out.println("请说:");
String msg = scanner.nextLine();
if ("exit".equals(msg)) {
System.out.println("客户端数据发送完毕");
socket.close();
break;
}
byte[] bytes = msg.getBytes();
//客户端发送的数据包,需要指明接收的服务端的IP地址以及端口
DatagramPacket packet =
new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getLocalHost(),8888);
//发送数据包
socket.send(packet);
}
此外,服务器是否能够接收多个客户端发送的消息呢,当然可以,只需要将客户端程序设置为允许多开即可。
TCP通信开发
public ServerSocket(int port) 为服务端程序注册端口
public Socket accept()方法:阻塞等待客户端的连接请求,一旦与某个客户端成功连接,则返回服务端这边的Socket对象。
客户端设计实现
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8088);
//从socket中获取一个字节输出流,用于给服务端发送
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//原本的字节输出流并不好用,将其封装为高级的数据输出流
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
//开始写数据
dataOutputStream.writeUTF("我爱你!");
dataOutputStream.close();
socket.close();
服务端设计实现
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
//调用accept方法,等待客户端的连接请求
Socket accept = serverSocket.accept();
//从socket的通信管道中得到一个字节输入流
InputStream inputStream = accept.getInputStream();
//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
//使用数据输入流读取客户端发送的数据
String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格,要保持一致
System.out.println(string);
System.out.println(accept.getInetAddress());//输出发送客户端的IP地址
dataInputStream.close();
serverSocket.close();
同样的,我们只是完成一条消息的发送与接收,那么该如何实现数据的多发多收呢?
TCP通信多发多收
其实实现与UDP时的完全相同,只需要一个循环即可。
全选要加入循环的语句,按住Ctrl+Alt+T
多发多收服务端设计:
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
//调用accept方法,等待客户端的连接请求
Socket accept = serverSocket.accept();
//从socket的通信管道中得到一个字节输入流
InputStream inputStream = accept.getInputStream();
//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
//使用数据输入流读取客户端发送的数据
while (true) {
String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格,要保持一致
System.out.println(string);
System.out.println(accept.getInetAddress());//输出发送客户端的IP地址
}
}
多发多收客户端设计:
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建Socket对象,并同时请求服务端程序的连接,声明服务器的IP与端口号
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8088);
//从socket中获取一个字节输出流,用于给服务端发送
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//原本的字节输出流并不好用,将其封装为高级的数据输出流
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
//开始写数据
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true) {
System.out.println("请输入内容:");
String string = scanner.nextLine();
if ("exit".equals(string)) {
dataOutputStream.close();
socket.close();
System.out.println("退出成功!");
break;
}
dataOutputStream.writeUTF(string);
dataOutputStream.flush();//将数据刷新出去,防止数据还留在内存中
}
}
同时需要注意,TCP作为可靠连接,一旦服务端挂掉了,那么就会抛出异常
我们可以通过捕获抛出的异常,来判断是否客户端退出。
public class Servers {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
//调用accept方法,等待客户端的连接请求
Socket accept = serverSocket.accept();
//从socket的通信管道中得到一个字节输入流
InputStream inputStream = accept.getInputStream();
//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
//使用数据输入流读取客户端发送的数据
while (true) {
try {
String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格,要保持一致
System.out.println(string);
} catch (IOException e) {
System.out.println(accept.getInetAddress()+"客户端退出了!");//输出发送客户端的IP地址
dataInputStream.close();
serverSocket.close();
break;
}
}
}
}
TCP通信聊天室
如何实现一个服务器与多个客户端通信呢?现在的肯定是不行的,因为我们在判断客户端关闭后也将服务端关闭了,事实上,此时服务端只能和一个客户端建立可靠连接,归根接地,是因为在建立连接后,服务端一直在等待某一个客户端发送的消息,这就导致会停留在那,从而无法与其他客户端建立连接。怎么办呢?可以使用多线程来解决。
改进后的服务端:
package IPAddress.TCP;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class ServerMany {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
//调用accept方法,等待客户端的连接请求
Socket accept = null;
while (true) {
accept = serverSocket.accept();
new ServerReadThread(accept).start();
}
}
}
多开线程实现服务端接收数据
package IPAddress.TCP;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;
public class ServerReadThread extends Thread{
private Socket socket;
public ServerReadThread(Socket accept) {
this.socket=accept;
}
@Override
public void run() {
try {
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端上线了!");//输出发送客户端的IP地址
//使用数据输入流读取客户端发送的数据
while (true) {
try {
String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格,要保持一致
System.out.println(string);
} catch (IOException e) {
System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端下线了!");
dataInputStream.close();
socket.close();
break;
}
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务异常!" + socket.getInetAddress() + "连接中断!");
}
}
}
最后,我们可以通过一个聊天室的案例来简单检验一下成果:
首先我们需要在服务端定义一个集合,用于保存连接的socket,同时由主线程负责创建socket连接,一旦有新的客户端开启,则开启一个新的子线程,用于该客户端与服务端之间的通信:
public class Server {
public static List<Socket> sockets=new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
//调用accept方法,等待客户端的连接请求
Socket accept = null;
while (true) {
accept = serverSocket.accept();
sockets.add(accept);
new ServerReadThread(accept).start();
}
}
}
在服务端的子线程中,负责将接收的信息输出,并将接收的信息转发给其他客户端(端口转发)
import java.io.*;
import java.net.Socket;
public class ServerReadThread extends Thread{
private Socket socket;
public ServerReadThread(Socket accept) {
this.socket=accept;
}
@Override
public void run() {
try {
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端上线了哟!");//输出发送客户端的IP地址
//使用数据输入流读取客户端发送的数据
while (true) {
try {
String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格,要保持一致
System.out.println(string);
sendMsg(string);
} catch (IOException e) {
System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端下线了!");
Server.sockets.remove(socket);
dataInputStream.close();
socket.close();
break;
}
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务异常!" + socket.getInetAddress() + "连接中断!");
}
}
private void sendMsg(String string) throws IOException {
//发送给所有Socket管道去接收
System.out.println("转发数据");
for (Socket online:Server.sockets) {
OutputStream outputStream = online.getOutputStream();
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
dataOutputStream.writeUTF(string);
dataOutputStream.flush();
}
}
}
在客户端设计中,除了原本的输入数据发送信息外,还要开启一个线程用于接收服务器转发的数据:
public class Clients {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建Socket对象,并同时请求服务端程序的连接,声明服务器的IP与端口号
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8088);
new ClientReadThread(socket).start();
//从socket中获取一个字节输出流,用于给服务端发送
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//原本的字节输出流并不好用,将其封装为高级的数据输出流
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
//开始写数据
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true) {
System.out.println("请输入内容:");
String string = scanner.nextLine();
if ("exit".equals(string)) {
dataOutputStream.close();
socket.close();
System.out.println("退出成功!");
break;
}
dataOutputStream.writeUTF(string);
dataOutputStream.flush();//将数据刷新出去,防止数据还留在内存中
}
}
}
客户端接收转发信息的线程设计如下:
public class ClientReadThread extends Thread{
private Socket socket;
public ClientReadThread(Socket accept) {
this.socket=accept;
}
@Override
public void run() {
try {
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
//使用数据输入流读取客户端发送的数据
while (true) {
try {
String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格,要保持一致
System.out.println(string);
} catch (IOException e) {
System.out.println("自己客户端下线了!");
dataInputStream.close();
socket.close();
break;
}
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务异常!" + socket.getInetAddress() + "连接中断!");
}
}
}
BS架构通信开发
首先了解一下BS架构的基本原理:
BS架构下,我们并不需要开发客户端程序。只需要开发服务端即可
public class Server {
public static List<Socket> sockets=new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9090);
while (true) {
Socket accept = serverSocket.accept();
System.out.println("子线程启动");
sockets.add(accept);
new ServerReadThread(accept).start();
}
}
}
随后进行服务端子进程的设计,用于向浏览器响应一段文字,注意,要想向浏览器响应内容,就需要遵循固定的HTTP协议规定,即符合下面的要求:
服务端子线程设计如下:
public class ServerReadThread extends Thread{
private Socket socket;
public ServerReadThread(Socket accept) {
this.socket=accept;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("上线访问了");
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//将原始的字节输出流包装成高级的打印流
PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);
printStream.println("HTTP/1.1 200 OK");
printStream.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");
printStream.println();
printStream.println("<div style='color:red;font-size:40px;text-align:center'>服务端响应</div>");
printStream.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务异常!" + socket.getInetAddress() + "连接中断!");
}
}
}
前面的BS架构设计中,每当浏览器发起一次访问,就会创建一个线程,然而,当我们的网站访问量十分大时,即面对一些高并发情况,就会出现宕机现象。对于这种情况,可以通过线程池来进行优化。
在主线程中设计一个线程池来控制线程数量
public class Server {
public static List<Socket> sockets=new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动");
//创建ServerSocket对象,并指明端口号,方便接收客户端数据
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9090);
//通过线程池来控制执行线程的数量与任务队列数量
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
16 * 2, 16 * 2,
0, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(8),
Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
while (true) {
Socket accept = serverSocket.accept();
System.out.println("子线程启动");
threadPoolExecutor.execute(new ServerReadRunnable(accept));
}
}
}
将原本的线程改造为任务。
public class ServerReadRunnable implements Runnable{
private Socket socket;
public ServerReadRunnable(Socket accept) {
this.socket=accept;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("上线访问了");
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//将原始的字节输出流包装成高级的打印流
PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);
printStream.println("HTTP/1.1 200 OK");
printStream.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");
printStream.println();
printStream.println("<div style='color:red;font-size:40px;text-align:center'>服务端响应</div>");
printStream.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
System.out.println("服务异常!" + socket.getInetAddress() + "连接中断!");
}
}
}