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目录
- 1、什么是网络编程
- 2、Socket套接字
- 2.1、概念
- 2.2、分类
- 3、UDP数据报套接字编程
- 3.1、API 介绍
- 📚DatagramSocket
- 📚DatagramPacket
- 📚InetSocketAddress
- 3.2、基于UDP的Socket通信
1、什么是网络编程
- ⽹络编程 ，指⽹络上的主机 ，通过不同的进程 ，以编程的⽅式实现⽹络通信（或称为⽹络数据传输）。
当然 ，我们只要满⾜进程不同就⾏；所以即便是同⼀个主机 ，只要是不同进程 ，基于⽹络来传输数 据 ，也属于⽹络编程。
特殊的 ，对于开发来说 ，在条件有限的情况下 ，⼀般也都是在⼀个主机中运⾏多个进程来完成⽹络编 程。
但是 ，我们⼀定要明确 ，我们的⽬的是提供⽹络上不同主机 ，基于⽹络来传输数据资源：
进程A：编程来获取⽹络资源
进程B：编程来提供⽹络资源
2、Socket套接字
2.1、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。
操作系统提供的网络编程的API就称为 “ socket api ”
2.2、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：使⽤传输层-----------TCP协议
TCP ，即Transmission Control Protocol（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
- 全双工
- 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：使⽤传输层UDP协议
UDP ，即User Datagram Protocol（ 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
- 全双工
- 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。
- Unix 域套接字 -------不能跨主机通信，只能本机上的进程和进程之间的 通信
3、UDP数据报套接字编程
3.1、API 介绍
📚DatagramSocket
-
系统中，本身就有socket这样的概念，DatagramSocket就是对于操作系统的socket概念的封装
-
系统中的socket,可以理解成是一种文件
-
文件是一个广义的概念~~
-
socket文件，就可以视为是"网卡"这种硬件设备的抽象表现形式.
-
针对socket文件的读写操作就相当于针对网卡这个硬件设备进行读写.
-
此处，DatagramSocket就可以视为是"操作网卡"的遥控器.
针对这个对象进行读写操作，就是在针对网卡进行读写操作.
DatagramSocket是UDP Socket ，⽤于发送和接收UDP数据报
- DatagramSocket构造方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| DatagramSocket() | 创建⼀个UDP数据报套接字的Socket ，绑定到本机任 意⼀个随机端⼝ （ ⼀般⽤于客户端） |
| DatagramSocket(int port) | 创建⼀个UDP数据报套接字的Socket ，绑定到本机指 定的端⼝ （ ⼀般⽤于服务端） |
- DatagramSocket 方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| void receive(DatagramPacket p) | 从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报 ，该 ⽅法会阻塞等待） |
| voidsend(DatagramPacket p) | 从此套接字发送数据报包（不会阻塞等待 ，直接发 送） |
| void close() | 关闭此数据报套接字 |
📚DatagramPacket
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
Datagram Packet 构造方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 构造⼀个DatagramPacket以⽤来接收数据报 ，接收的 数据保存在字节数组（第⼀个参数buf） 中 ，接收指定 ⻓度（第⼆个参数length） |
| DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address) | 构造⼀个DatagramPacket以⽤来发送数据报 ，发送的 数据为字节数组（第⼀个参数buf） 中 ，从0到指定⻓ 度（第⼆个参数length）。address指定⽬的主机的IP 和端⼝号 |
- Datagram Packet 方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| InetAddress getAddress() | 从接收的数据报中 ，获取发送端主机IP地址；或从发 送的数据报中 ，获取接收端主机IP地址 |
| int getPort() | 从接收的数据报中 ，获取发送端主机的端⼝号；或从 发送的数据报中 ，获取接收端主机端⼝号 |
| byte[] getData() | 获取数据报中的数据 |
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：
| ⽅法签名 | ⽅法说明 |
|---|---|
| InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) | 创建⼀个Socket地址 ，包含IP地址和端⼝号 |
3.2、基于UDP的Socket通信
步骤分析:
- 服务器端先启动，创建DatagramSocket对象，监听端口，用于接收
- 服务器端创建DatagramPacket对象，打包用于接收的数据包
- 服务器阻塞等待接收
- 客户端启动，创建DatagramSocket对象，监听端口，用于接收
- 客户端创建DatagramPacket对象，打包用于发送的数据包
- 客户端发送数据，服务端接收
- 服务端接收数据后，创建DatagramPacket对象，打包用于发送的数据包，发送数据
- 客户端创建DatagramPacket对象，打包用于接收的数据包，阻塞等待接收
- 客户端接收服务端数据，断开连接，释放资源
- 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户端的请求处理及响应 ，流程如下：
服务器端：
package network;
//其他的网络编程的类 都在 net 这个包中
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
//服务器程序，需要在程序启动的时候，将端口号确定下来
//原因：
//因为客户端是主动的一方，服务器是被动的一方
//所以呢？
//客户端要能知道服务器在哪，才能 “主动的了”
//需要知道哪些东西呢？
// 1、ip地址（服务器所在主机的ip）
// 2、端口号（一个主机上，有多个程序都要进行网络通信，就需要把哪个程序用哪个端口给明确下来）
//而且一个端口不能同时被两个或者多个进程来关联~~（不能重复）
public class UdpEchoServer {
//对于一个服务器，一上来我们需要做什么工作呢？
//我们要进行网络通信，呢就需要操纵网卡
//而操纵网卡就是基于 socket 对象进行展开的
//接下来实例化一个类作为 UdpEchoServer 这个服务器的成员变量
private DatagramSocket socket = null;
//SocketException异常继承于IOException
//说明网络编程也属于 io 操作
//io 是一个很广泛的概念
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
//在构造方法里面进行实例化
//一方面可以处理异常，另一方面还需要传入一个参数 （端口号）
this.socket = new DatagramSocket(port);
}
//服务器还需要不停的去处理请求，不停的返回响应 期限（7 * 24）
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务器启动！！！");
while (true){
//1）读取请求并解析
byte[] bytes = new byte[4096];//“空盘子”
//接受的数据保存在 数组里面
//requestPacket 这个对象是一个UDP数据报
//里面就包含两个部分：
//1)报头（通过类的属性来表示）
//2）载荷（通过构造方法传递的字符数组，作为持有载荷的空间）
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(bytes,4096);
/*
括号里面需要填写输出型参数
从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报 ，该⽅法会阻塞等待）
*/
socket.receive(requestPacket);
//此时requestPacket里面存储的是二进制数据，为了方便Java代码中处理，可以把上述数据报中的二进制数据，拿出来，构造为String
String requst = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
//2）根据请求计算响应
//可以写成一个单独的方法
String response = process(requst);
//3）把响应写会到客户端
//要想发送，也需要实例化一个 DatagramPacket 对象
//括号里面需要放一个有数据的字节数组
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(
response.getBytes(),
0,
response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());
/*
requestPacket.getSocketAddress()
这个方法返回的对象里面就包含了 IP 和 端口号
*/
socket.send(responsePacket);
//打印个日志
//IP地址、端口号、请求、响应
System.out.printf("[%s:%d] req = %s,resp = %s\n",
requestPacket.getAddress(),
requestPacket.getPort(),
requst,
response);
}
}
//由于当前写的是“回显服务器”
//请求和响应是一样的
//所以 请求是什么，响应就返回什么
private String process(String requst) {
return requst;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
server.start();
}
}
UdpEchoServer（UDP 服务器）：
- 首先，创建一个 DatagramSocket 对象，并绑定到指定的端口。这个端口用于服务器与客户端之间的通信。
- 在服务器的主循环中，首先创建一个空的 DatagramPacket 对象，用于接收客户端发来的请求数据。
- 调用 socket.receive(requestPacket) 方法接收客户端发来的数据包。
- 将收到的数据包中的数据转换成字符串形式，并调用 process() 方法生成响应。在这个例子中，响应就是原请求。
- 创建一个新的 DatagramPacket 对象，包含响应数据和客户端的地址信息。
- 使用 socket.send(responsePacket) 方法将响应数据包发送回客户端。
- 打印请求和响应信息。
客户端：
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
//客户端和服务器一样
//刚开始也需要创建 DatagramSocket 对象
//接下来要对网卡进行操作
//就需要借助 socket 这个 “遥控器”
private DatagramSocket socket = null;
private String severIp;
private int severPort;
//需要只要服务器的ip和端口号
//通过额外的途径进行获取
//利用String severIp,int severPort 来获取
//因此服务器的IP和端口号不能老变
public UdpEchoClient(String severIp,int severPort) throws SocketException {
this.socket = new DatagramSocket();
this.severIp = severIp;
this.severPort = severPort;
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("客户端启动！！！");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true){
//1.让用户从控制台进行输入，发送给服务器
System.out.println("请输入要发送的请求：");
String request = scanner.next();
//2.构造请求并发送
//先实例化一个 DatagramPacket 对象 （数据报）
// 不光要有数据 还要有目标 就是你要发给哪个服务器的哪个端口 也需要在这写出来
// severIp = 127.0.0.1
// 但是 InetAddress.getByName(severIp) 需要把 severIp 转换成一个Java能识别的对象
// 转换成 InetAddress 这个对象 （系统能识别的IP地址）
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(
request.getBytes(),
0,
request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(severIp),
severPort
);
socket.send(requestPacket);
//3.读取响应数据
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);
//4.显示响应到 控制台上
String response = new String(responsePacket.getData(),0, responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 使用后 127.0.0.1 是因为服务器和客户端在同一个主机上
// 此时就固定写这个ip
// 它又叫做 环回ip 系统提供的特殊ip
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
//客户端的端口号 是操作系统自动进行分配的
client.start();
}
}
UdpEchoClient（UDP 客户端）：
- 创建一个 DatagramSocket 对象，不需要显式地关联端口，系统会自动分配一个空闲的端口。
- 在客户端的主循环中，从控制台读取用户输入的字符串作为请求。
- 创建一个 DatagramPacket 对象，包含请求数据、服务器的 IP 地址和端口信息。
- 调用 socket.send(requestPacket) 方法将请求数据包发送给服务器。
- 创建一个空的 DatagramPacket 对象，用于接收服务器返回的响应数据。
- 调用 socket.receive(responsePacket) 方法接收服务器发来的响应数据包。
- 将收到的响应数据包中的数据转换成字符串形式，并打印请求和响应信息。
总结：这两段代码实现了一个简单的 UDP 回显服务器和客户端。客户端将用户输入的请求数据通过 UDP 协议发送给服务器，服务器接收到请求后原样返回响应，客户端接收响应并打印信息。整个过程使用无连接的 UDP 协议进行通信。
