网络编程套接字(Socket)详解 V✪ω✪V

news2024/9/25 13:18:31

目录

🍈一.什么是网络编程

1.1什么是网络编程？

1.2网络通信中的基本概念：

🍇二.Soket（套接字）→网络编程的基础

2.1概念：

2.2Socket套接字分类:

数据包套接字：使用传输层UDP协议

流套接字:使用传输层TCP协议

🍊三.UDP通信程序

3.1UDP通信的流程：

3.2通过UDP实现服务器客户端的交互：

🥥四.TCP通信程序

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4.1TCP通信流程：

4.2通过TCP实现服务器与客户端的交互：

🍈一.网络编程基本概念

1.1什么是网络编程？

网络编程是指，在网络上的主机，通过不同的进程（应用程序），以编程的方式实现网络通信（网络数据传输）

当然，这里只区分不同的进程；即便是同一个主机，不同进程之间通过网络来进行数据传输，也是网络编程。

1.2网络通信中的基本概念：

  • 发送端&接收端：

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。

  • 请求和响应:

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。

  • 服务器&客户端

服务端：在常⻅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。

客⼾端：获取服务的⼀⽅进程，称为客⼾端。

🍇二.Soket（套接字）→网络编程的基础

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。

2.2Socket套接字分类:

数据报套接字：使用传输层UDP协议

1.用户数据报协议(User Datagram Protocol)

2.UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据

3.由于使用UDP协议消耗资源少，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输

例如视频会议通常采用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议

流套接字:使用传输层TCP协议

1.传输控制协议(Transmission Control Protocol)

2.TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须明确客户端与服务器端，由于客户端向服务器端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”.

注：“三次握手”

第一次握手（SYN）：

  • 客户端向服务器发送一个SYN（同步）数据包，表示请求建立连接。此数据包中包含一个初始序列号（ISN），用于后续数据传输。这个过程是为了告知服务器客户端希望建立连接的意图。

第二次握手（SYN-ACK）：

  • 服务器接收到客户端的SYN请求后，回应一个SYN-ACK（同步-确认）数据包。这个数据包同样包含一个初始序列号，并确认了客户端的SYN请求。服务器在回应中不仅需要响应客户端的序列号，还会询问自己的序列号（序列号 y）。

第三次握手（ACK）：

  • 客户端接收到服务器的SYN-ACK数据包后，发送一个ACK（确认）数据包作为回应。这个确认包中包含服务器的序列号，表明客户端已成功接收到服务器的响应。至此，双方都已建立了连接。

🍊三.UDP通信程序

在UDP通信中，Java提供了DatagramSocket类和DatagramPacket类

  • DatagramSocket：用于发送或接收数据包的套接字，数据报套接字是分组传送服务的发送或接收点

  • DatagramPacket：数据包，数据报包用于实现无连接分组传送服务

3.1UDP通信的流程：

3.2通过UDP实现服务器客户端的交互：

注：这里是回显服务器，请求就是响应，为了方便理解而设定，通常情况下响应结果要根据具体业务来确定

UDP回显服务器代码详解：

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

//回显服务器
public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        //在调用这个构造方法的过程中，JVM就会调用系统的socket api，完成“端口号-进程”之间的关联动作
        socket = new DatagramSocket(port);//->“绑定端口号”
    }
    //通过 start 启动服务器的核心流程
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动~~~");
        //此处通过“死循环”不停地处理客户端请求
        while(true){
            //1. 读取客户端的请求并解析
            DatagramPacket requsetPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requsetPacket);
            //上述收到的数据，是二进制 byte[] 的形式，为了后续方便打印输出，这里我们转换成字符串
            String requset = new String(requsetPacket.getData(),0,requsetPacket.getLength());

            //2. 根据请求计算响应，由于这里是回显服务器，请求就是响应
            String response = process(requset);

            //3. 把响应写回到客户端
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requsetPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            //4. 把日志打印一下
            System.out.printf("[%s : %d] req = %s , resp = %s\n",requsetPacket.getAddress(),responsePacket.getPort(),
                    requset,response);
        }
    }

    public String process(String requset){
        return requset;
    }

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

UDP客户端代码详解：

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
//客户端
public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    // 指定要发送的服务器IP地址和端口号
    private String serverIP;
    private int serverPort;

    public UdpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        this.serverIP = serverIP;
        this.serverPort = serverPort;
    }
    //通过 start 启动客户端的核心流程
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动客户端~~~");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while(true){
            // 1.从控制台读取用户的输入数据
            System.out.print("请输入数据-> ");
            String request = scanner.next();
            // 2.构造一个 Udp 请求，发送给服务器
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            // 3.从服务器读取到响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            //4.把响应结果打印倒控制台上
            System.out.println(response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        udpEchoClient.start();
    }
}

运行结果：

🥥四.TCP通信程序

在TCP通信中，java提供了ServerSocket类和Socket类

  • ServerSocket:

  • Socket

4.1TCP通信流程：

  • 利用IO流实现数据的传输:

4.2通过TCP实现服务器与客户端的交互：

注：这里是回显服务器，请求就是响应，为了方便理解而设定，通常情况下响应结果要根据具体业务来确定

TCP服务器代码：

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.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TcpEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket = null;

    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        //让端口号与进程进行绑定
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    //启动服务器的核心操作
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器！");
        while(true){
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //bug 3 ： 由于双层while导致服务器一次只能处理一个客户端请求，这是不合理的，这里我们直接采用多线程解决
            /*Thread t = new Thread(()->{
                try {
                    processSocket(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            //启动线程
            t.start();*/
            // ->线程池形式代码
            ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

            service.submit(()->{
                try {
                    processSocket(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }
    // 针对一个链接，提供处理服务
    private void processSocket(Socket clientSocket) throws IOException {
        //先打印下客户端信息
        System.out.printf("[%s : %d] 客户端上线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
        //获取到客户端所持有的流对象
        try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
            //使用Scanner包装一下inputStream，就可以更方便的读取这里的请求服务了
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
            while(true){
                //1.读取请求并解析
                if(!scanner.hasNext()){
                    // 如果scanner无法读取到数据，说明客户端关闭了链接，导致服务器这边读取到“末尾”
                    break;
                }
                String requset = scanner.next();

                //2.根据请求计算响应
                String response = process(requset);

                //3.把响应写回到客户端
                printWriter.println(response);
                //bug 1 ：刷新缓存区
                printWriter.flush();
                //4.打印日志
                System.out.printf("[%s : %d] req = %s , req = %s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),
                        requset,response);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());
            //bug2 : 使用玩Socket对象后要释放资源
            clientSocket.close();
        }

    }

    private String process(String requset) {
        return requset;
    }
    //测试
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9090);
        tcpEchoServer.start();
    }
}

TCP客户端代码：

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 {
        //指定要发送服务器的位置
        socket = new Socket(serverIp,serverPort);
    }
    //启动客户端的核心操作
    public void start(){
        System.out.println("启动客户端!");
        // 获取到 socket 中持有的流对象.
        try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            // 使用 Scanner 包装一下 inputStream. 就可以更方便的读取这里的请求数据了.
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            //输入数据
            Scanner scannerIn = new Scanner(System.in);
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
            while(true){
                //1.从控制台读取数据
                System.out.print("请输入数据-> ");
                String request = scannerIn.next();
                //2.把请求发送给服务器
                printWriter.println(request);
                //bug 1 ：刷新缓存区
                printWriter.flush();
                //3.从服务器读取响应
                if(!scanner.hasNext()){
                    break;
                }
                String response = scanner.next();
                //4.打印响应结果
                System.out.println(response);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //测试
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        tcpEchoClient.start();
    }
}

这里我们可以通过以下步骤来实现启动多个客户端：

步骤一：在编译器右上角出选择Edit……选项

步骤二：点击modify options 并且勾选上Allow mutiple instances

步骤三：点击OK即可,接着多次运行客户端程序，就可以实现启动多个客户端了

运行结果：

 结语： 写博客不仅仅是为了分享学习经历，同时这也有利于我巩固知识点，总结该知识点，由于作者水平有限，对文章有任何问题的还请指出，接受大家的批评，让我改进。同时也希望读者们不吝啬你们的点赞+收藏+关注，你们的鼓励是我创作的最大动力！

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