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🛰️🛰️系列专栏:【JavaEE】

✈️✈️本篇内容:网络编程基础之Socket套接字。

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⛵⛵作者简介：一名双非本科大三在读的科班Java编程小白，道阻且长，星夜启程！

什么是网络编程套接字？

简单来说，网络编程套接字就是操作系统给应用程序提供的一组API(叫做socket API)。

socket可以视为是应用层和传输层之间通信的桥梁。

那么这里传输层的核心协议有两种：TCP和UDP。

TCP：有连接；可靠传输；面向字节流；全双工；

UDP：无连接；不可靠传输；面向数据报；全双工；

那么我们来详细解释一下这里两种协议对应的特性是啥意思。

1、有连接和无连接

有连接：比如我们要打电话，那么就需要先接通电话，才能够进行数据交互。

无连接：比如我们发微信消息，不需要接通，直接发送就可以了。

2、可靠传输与不可靠传输

可靠：类似于上面的有连接，发送方知道接收方是否收到了数据。

不可靠：参考无连接，我们微信直接可以发消息，不知道对方有没有看见这个消息。

3、面向字流/数据报

面向字节流：以字节为单位进行传输，类似于文件操作中的字节流。

面向数据报：以数据报为单位进行传输，一个数据报会明确大小，一次发送/接收一个完整的数据报，不能是半个数据报。

4、全双工/半双工

全双工：一条链路，双向通信。

半双工：一条链路，单向通信。

那么这里UDP比TCP要简单一点我们先来学习UDP。

一、UDP socket

那么UDP socket中主要涉及到两个类：DatagramSocket 和 DatagramPacket。Datagram是数据报的意思。

DatagramSocket 的一个对象就对应操作系统中的一个socket文件。

DatagramPacket代表了一个UDP数据报，使用UDP传输数据的基本单位。

1、客户端服务器程序—回显服务

这里回显的意思就是请求的内容是啥，得到的响应就是啥。

这里在我们的idea下先建立一个包NetWork，在这个包下建立两个类分别是服务器UdpEchoServer和客户端UdpEchoClient。

OK那么我们接下来先来写 UdpEchoServer 的代码：

1、进行网络编程的大前提第一步需要先准备好socket实例，这是进行网络编程的大前提。

private DatagramSocket socket = null;

2、此处在构造服务器这边的socket对象的时候，就需要显式的绑定一个端口号，这里用port表示。前面已经介绍端口号相当于收件人的电话号码，即可以理解为快递到指定菜鸟驿站的时候，我们需要知道手机号才能联系上这个快递的收件人。

抛出异常的原因：1、端口号可能已经被占用了。2、每个进程能够打开的文件个数是有限的。

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

3、启动服务器，这里我们需要知道服务器是被动接收请求的一方，主动发送请求的是客户端，DatagramPacket刚才说过是表示一个UDP数据报，发送一次数据就是发送DatagramPacket，接收一次数据也就是在收一个DatagramPacket。

那么这里启动服务器分为三步：

step1：读取客户端发来的请求。

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true){
            //1、读取客户端发来的请求
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(requestPacket);//为了接收数据需要先准备好一个空的DatagramPacket对象，由receive来进行填充数据
            //把DatagramPacket解析成一个String 
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength(),"UTF-8");

step2：根据请求计算响应。

String response = process(request);

step3：把响应写回到客户端。

            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req:%s,resp:%s\n",
                    requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }

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

1》这里requestPacket.getLength（）这个长度不一定是1024，可能此处的UDP数据报最长是1024，实际的数据可能不够1024。

2》注意这里send方法的参数，也是DatagramPacket，需要把响应数据先构造成一个DatagramPacket再进行发送。

3》response.getByte（）这里的参数也不再是一个空的数组，response是刚才根据请求计算得到的响应。DatagramPacket里面的数据就是String response的数据。

4》requestPacket.getSocketAddress();这个参数的作用就是表示要把数据发给哪个地址+端口。

SocketAddress可以视为一个类，里面包含了IP和端口。这里我们点过去看一下SocketAddress的源码解释；

UdpEchoServer完整代码：

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 {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true){
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(requestPacket);
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength(),"UTF-8");
            String response = process(request);
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req:%s,resp:%s\n",
                    requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }

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

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

启动服务器：

接下来我们来写客户端UdpEchoClient的代码。

首先我们可以发现在客户端这里就不用手动指定端口号了，使用无参版本的构造方法，即让操作系统自己分配一个空闲的端口号。

    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;
    private  int serverPort;
    public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
    }

但是对于服务器来说，必须手动指定端口号，因为后序客户端需要根据这个端口号来访问到服务器(客户端是主动发起请求的一方，需要事先知道服务器的地址和端口)。

OK，那么客户端的代码书写的步骤是什么呢？

step1、先从控制台读取用户输入的字符串

    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("->");
            String request = scanner.next();

step2:把这个用户输入的内容，构造成一个UDP请求，并发送

构造的请求包含两部分信息:

1）数据的内容，request字符串。

2) 数据要发给谁服务器的IP+端口。

            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);

注意这里又使用到了一种DatagramPacket构造方法，既能构造数据，又能构造目标地址，这个目标地址是IP和端口分开的写法。

step3：从服务器读取响应数据并解析

            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength(),"UTF-8");

step4:把响应结果显示到控制台上

        System.out.printf("req: %s, resp: %s\n",request,response);

UdpEchoClient完整代码

package NetWork;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;
    private  int serverPort;
    public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
    }
    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("->");
            String request = scanner.next();
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength(),"UTF-8");
            System.out.printf("req: %s, resp: %s\n",request,response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //由于客户端和服务器在同一个机器上 使用的IP仍然是127.0.0.1
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        client.start();

    }
}

注意我们刚才已经写好了客户端的代码，那么在我们写客户端代码的过程中，已经早早的启动服务器了，就是说在写客户端代码的过程中，是没人访问服务器的，这里的服务器就卡在receive这里，阻塞等待了。

OK那么我们现在启动客户端，输入一个hello。