【JavaEE精炼宝库】 网络编程套接字——初识网络编程 | UDP数据报套接字编程

news2024/11/25 16:47:20

文章目录

  • 一、网络编程基础
    • 1.1 网络编程的意义:
    • 1.2 网络编程的概念:
    • 1.3 网络编程的术语解释:
    • 1.4 常见的客户端服务端模型:
  • 二、Socket 套接字
    • 2.1 Socket 套接字的概念:
    • 2.2 Socket 套接字的分类:
  • 三、UDP数据报套接字编程
    • 3.1 API 介绍:
      • 3.1.1 DatagramSocket:
      • 3.1.2 DatagramPacket:
      • 3.1.3 InetSocketAddress:
    • 3.2 Java数据报套接字通信模型:
    • 3.3 代码示例:
      • 3.3.1 UDP Echo Server:
      • 3.3.2 UDP Echo Client:

一、网络编程基础

1.1 网络编程的意义:

网络编程的意义在于可以获取到丰富的网络资源。

用户在浏览器中,打开b站,实质是通过网络,获取到网络上的一个视频资源。
在这里插入图片描述

与本地打开视频文件类似,只是视频文件这个资源的来源是网络。相比本地资源来说,网络提供了更为丰富的网络资源。
在这里插入图片描述

所谓的网络资源,其实就是在网络中可以获取的各种数据资源。 而所有的网络资源,都是通过网络编程来进行数据传输的。

1.2 网络编程的概念:

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)。
在这里插入图片描述
注意: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。

1.3 网络编程的术语解释:

  • 发送端和接收端:

在一次网络数据传输时:

发送端:数据的发送方进程,称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机。

接收端:数据的接收方进程,称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机。

收发端:发送端和接收端两端,也简称为收发端。

注意:发送端和接收端只是相对的,只是⼀次网络数据传输产生数据流向后的概念。

  • 请求和响应:

请求(Request):是客户端向服务器发送的信息,用于请求特定的资源或执行特定的操作。
响应(Response):是服务器对客户端请求的回复。

一般来说,获取一个网络资源,涉及到两次网络数据传输:第一次:请求数据的发送,第二次:响应数据的发送。

举个栗子:在快餐店点一份炒饭,先要发起请求:点⼀份炒饭,再有快餐店提供的对应响应,提供一份炒饭。

  • 客户端和服务端:

服务端:在常见的网络数据传输场景下,把提供服务的一方进程,称为服务端,可以提供对外服务。

客户端:获取服务的一方进程,称为客户端。

1.4 常见的客户端服务端模型:

最常见的场景,客户端是指给用户使用的程序,服务端是提供用户服务的程序。

  1. 客户端先发送请求到服务端。

  2. 服务端根据请求数据,执行相应的业务处理。

  3. 服务端返回响应,发送业务处理结果。

  4. 客户端根据响应数据,展示处理结果(展示获取的资源,或提示保存资源的处理结果)。

在这里插入图片描述

二、Socket 套接字

2.1 Socket 套接字的概念:

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。socket 可以简单理解为操作系统提供的网络编程的 API 统称。

2.2 Socket 套接字的分类:

Socket 套接字主要针对传输层协议划分为如下三类:

  1. 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。

其特点为:有连接,可靠传输,面向字节流,全双工。(术语不了解没有关系,在 2.2 的最后面有统一解释)

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。

  1. 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。

其特点为:无连接,不可靠传输,面向数据报,全双工。

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。

  1. 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。

  • 术语解释:
  1. 有连接 | 无连接:

有连接:通信双方保存对方的信息。
无连接:通信双反不需要保存对方的信息。

  1. 可靠传输 | 不可靠传输:

注意:可靠不等于安全。

安全:传输的数据,是否容易被黑客截获掉,一旦被截获之后,是否会造成严重的影响。
可靠:传输的数据,尽可能(不是完全)地传输给对方。

可靠传输是有代价的,传输的效率会大打折扣。所以UDP 比 TCP 快。

  1. 面向字节流 | 面向数据报:

字节流,比喻成水流一样,读写操作非常灵活。数据报就不是了,传输数据的基本单位,是一个个的 UDP 数据报,一次读写,只能读写一个完整的 UDP 数据报。

  1. 全双工 | 半双工:

全双工:一条链路,能够进行双向通信。(TCP,UDP 都是全双工,后续代码中,创建 socket 对象,既可以读,也可以写)

半双工:一条链路,只能进行单向通信。

三、UDP数据报套接字编程

3.1 API 介绍:

主要涉及到两个类:DatagramSocket,DatagramPacket。

3.1.1 DatagramSocket:

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 普通方法:
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)。
void send(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。

3.1.2 DatagramPacket:

DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。

  • DatagramPacket 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,接收指定长度(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到指定长度(第二个参数length)。address指定目的主机的IP和端口号。
  • DatagramPacket 普通方法:
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。

3.1.3 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 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:

在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述

3.3 代码示例:

根据 3.2 的 Java 数据报套接字通信模型可以得到下面回显服务器
所谓回显就是请求和响应是相同的。即请求不做任何处理,直接返回。

3.3.1 UDP Echo Server:

在代码中细节点都有注释,这里就不再赘述。

服务器的端口号只要是在0 ~ 65535之间的没有被占用的端口号都行。

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;

    //创建一个有端口号的 Udp 数据包套接字
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        while(true){
            //1.获取请求
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],0,4096);
            socket.receive(requestPacket);
            //2.根据请求计算响应
            //方便后续处理,这里直接将 byte 转化成 String
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
            //计算响应
            String respond = this.process(request);
            //3.把响应写回到客户端
            DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(respond.getBytes(),0,respond.getBytes().length
            ,requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(respondPacket);
            //打印日志
            System.out.printf("[%s:%d] req:%s resp:%s\n",requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort()
                    ,request,respond);
        }
    }
    //回显,所以直接返回即可
    public String process(String request){
        return request;
    }

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

3.3.2 UDP Echo Client:

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class UdpEchoClient {
    //Udp 数据报套接字
    private DatagramSocket socket = null;
    //服务器的 IP 地址
    private String serverIp = null;
    //服务器的端口号
    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 {
        System.out.println("客户端启动!");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        while(true){
            //提示用户从控制台输入数据
            System.out.print("请输入请求:");
            String request = in.next();
            //构造请求并发送
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),0,request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            //读取响应
            DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],0,4096);
            socket.receive(respondPacket);
            //打印响应到控制台
            String respond = new String(respondPacket.getData(),0,respondPacket.getLength());
            System.out.println(respond);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
    	//输入自己电脑的IP地址
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("172.20.10.4",9090);
        client.start();
    }
}
  • 查看自己电脑的IP地址
  1. 按下window + R,输入cmd:
    在这里插入图片描述
  2. 输入ipconfig
    在这里插入图片描述
  3. 查看IP地址:在这里插入图片描述

案例演示效果如下:

注意:要先启动服务器,再启动客户端。
在这里插入图片描述

这样在 IDEA 上只能打开一个客户端,所以我们要给我们的 IDEA 设置一下。具体操作流程如下:

第一步:

第二步:
在这里插入图片描述
第三步:
在这里插入图片描述
最后不要忘记点击ok。

结语:
其实写博客不仅仅是为了教大家,同时这也有利于我巩固知识点,和做一个学习的总结,由于作者水平有限,对文章有任何问题还请指出,非常感谢。如果大家有所收获的话还请不要吝啬你们的点赞收藏和关注,这可以激励我写出更加优秀的文章。

在这里插入图片描述

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