网络编程套接字

文章目录

• 一、前言
• • 为什么需要网络编程？
  • 二、网络编程是什么？
  • 三、网络编程的基本概念
  • • 3.1发送端和接收端
    • 3.2请求和响应
    • 3.3服务器和客户端
    • 四、常见的服务端客户端模型
    • 五、Socket套接字
    • • 5.1概念
      • 5.2分类
      • 六、数据报套接字通信模型
      • 七、Java流套接字通信模型
      • 八、UDP数据报套接字
      • • API介绍
        • 九、TCP流套接字
        • • API介绍

            一、前言

            在本文中，会介绍一些关于网络编程的基础知识Socket的一些api会在文章末尾运用所讲知识做一个基于网络的回显的代码

            为什么需要网络编程？

            当你打开CSDN看到这篇文章时，实质上是通过网络来获取一个文本资源、图片资源等等

            和本地硬盘上打开一个文本一样，只不过这个文本资源是来自于网络。

            和本地资源来说，网络提供了更多更丰富的资源。

            所谓的网络资源，就是在网络中可以获取到的各种资源。

            而所有的网络资源，都是通过网络编程来传输的。

            二、网络编程是什么？

            网络编程，是指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式来实现网络传输（实现网络数据传输）

            这里只需要满足不同进程就可以，因为在大多数的情况下，都是在同一个主机上，通过网络编程来传输数据。

            三、网络编程的基本概念

            3.1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：发送端和接收端是相对的，只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念。

            3.2请求和响应

            一般来说，获取一个网络资源，一般需要两次网络数据传输。

            • 第一次：请求数据的发送
            • 第二次：响应数据的发送

              3.3服务器和客户端

              服务端： 在网络传输中，提供服务的一方进程，成为服务端。也可以向外提供服务

              客户端： 获取服务的一方进程，称为客户端。

              • 客户端获取服务资源!
                • 客户端保存资源在服务端

                  四、常见的服务端客户端模型

                  一般来说，网络数据的传输的过程如下

                  • 客户端：输入请求，将请求发送到服务端
                  • 服务端：接收请求，分析请求内容
                  • 服务端：根据请求内容执行响应的业务
                  • 服务端：将执行业务的结果作为响应返回给客户端
                  • 客户端：根据服务端的响应，将响应展示出来

                    五、Socket套接字

                    5.1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。

                    5.2分类

                    Socket套接字主要针对传输层协议分为三类：

                    1. 流套接字

                       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。

                       下一位Tcp的特点

                    • 有连接
                    • 可靠传输
                    • 面向字节流
                    • 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。

                      2. 数据报套接字

                      数据报套接字： 使⽤传输层UDP协议

                      UDP，即User Datagram Protocol（⽤⼾数据报协议），传输层协议。

                      以下为UDP的特点：

                      • 无连接
                      • 不可靠传输
                      • 面向数据报
                      • 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。

                        3. 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。

                        六、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：

                        七、Java流套接字通信模型

                        八、UDP数据报套接字

                        API介绍

                        DatagramSocket

                        DatagramSocket 是UDP Socket，⽤于发送和接收UDP数据报。

                        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（⼀般⽤于客⼾端）
                        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）
                        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

                        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，接收指定⻓度（第⼆个参数length）
                        DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length	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

                        DatagramPacket 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

                        利用UDP数据报创建一个回显客户端和服务器

                        public class UdpEchoClient {    private DatagramSocket socket = null;    private String serverIp;    private int serverPort;    public UdpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {        socket = new DatagramSocket();        this.serverIp = serverIp;        this.serverPort = serverPort;    }    public void start() throws IOException {        System.out.println("客户端启动！！！");        Scanner scanner = new Scanner(System.in);        while (true){            System.out.println("请输入你的请求！！！");            String request = scanner.next();            //打包成数据包 通过网卡发送到服务端            DatagramPacket requestPackage = new DatagramPacket(request.getBytes(),0,request.getBytes().length,                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);            socket.send(requestPackage);            DatagramPacket responsePackage = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);            socket.receive(responsePackage);            String response = new String(responsePackage.getData(),0,responsePackage.getLength());            System.out.println(response);        }    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);        client.start();    }

                        public abstract class UdpEchoServer {    private DatagramSocket socket = null;    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {        socket = new DatagramSocket(port);    }    public void start() throws IOException {        System.out.println("服务器启动！！！");        //接收请求        while (true){            DatagramPacket requestPackage = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);            socket.receive(requestPackage);            //处理请求            String request = new String(requestPackage.getData(),0,requestPackage.getLength());            String response = process(request);            //返回响应            DatagramPacket responsePackage = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,                    requestPackage.getSocketAddress());            socket.send(responsePackage);            System.out.printf("[%s:%d] req=%s res=%s\n",requestPackage.getAddress(),requestPackage.getPort(),request,response);        }    }    public String process(String request) {        return request;    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        UdpEchoServer server = new UdpDictServer(9090);        server.start();    }}

                        运行效果如下

                        一个简易的字典

                        public class UdpDictServer extends UdpEchoServer{    private HashMap hashMap = null;    public UdpDictServer(int port) throws SocketException {        super(port);        hashMap = new HashMap();        hashMap.put("hello","你好" );        hashMap.put("dog","小狗" );        hashMap.put("cat","小猫" );        hashMap.put("world","世界" );        hashMap.put("baby","宝贝" );    }    @Override    public String process(String request){         return hashMap.getOrDefault(request,"没有找到该词汇");    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        UdpDictServer dictServer = new UdpDictServer(9090);        dictServer.start();    }}

                        九、TCP流套接字

                        API介绍

                        ServerSocket

                        ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。

                        ServerSocket 构造⽅法：

                        方法签名	方法说明
                        ServerSocket(int port)	创建⼀个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端⼝

                        ServerSocket ⽅法：

                        方法签名	方法说明
                        Socket accept()	开始监听指定端⼝（创建时绑定的端⼝），有客⼾端连接后，返回⼀个服务端Socket对象，并基于该Socket建⽴与客⼾端的连接，否则阻塞等待
                        void close()	关闭此套接字

                        Socket

                        Socket 是客⼾端Socket，或服务端中接收到客⼾端建⽴连接（accept⽅法）的请求后，返回的服务端Socket。

                        不管是客⼾端还是服务端Socket，都是双⽅建⽴连接以后，保存的对端信息，及⽤来与对⽅收发数据的。

                        Socket 构造⽅法

                        方法签名	方法说明
                        Socket(String host, int port)	创建⼀个客⼾端流套接字Socket，并与对应IP的主机上，对应端⼝的进程建⽴连接

                        Socket ⽅法：

                        方法签名	方法说明
                        InetAddress getInetAddress()	返回套接字所连接的地址
                        InputStream getInputStream()	返回此套接字的输⼊流
                        OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

                        public class TcpEchoServer {    private ServerSocket serverSocket = null;    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {        serverSocket = new ServerSocket(port);    }    public void start() throws IOException {        System.out.println("服务端启动！！！");//        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();        while (true){            Socket clientSocket = serverSocket.accept();            Thread t = new Thread(()->{                try {                    processConnection(clientSocket);                } catch (IOException e) {                    throw new RuntimeException(e);                }            });            t.start();        }    }    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);            while (true){                if (!scanner.hasNext()){                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());                    break;                }                String request = scanner.next();                String response = process(request);                outputStream.write(response.getBytes(),0,response.getBytes().length);                System.out.printf("[%s:%d] req=%s res=%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,response);            }        } catch (IOException e) {            throw new RuntimeException(e);        }    }    public String process(String request) {        return request +"\n";    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);        server.start();    }}

                        public class TcpEchoClient {   private Socket socket = null;   public TcpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws IOException {       socket = new Socket(serverIp,serverPort);   }   public void start(){       System.out.println("客户端启动！");       Scanner scanner = new Scanner(System.in);       try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){           Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);           while (true){               System.out.println("输入你的请求-》");               String request = scanner.next();               request +="\n";               outputStream.write(request.getBytes());               if (!scannerNetwork.hasNext()){                   break;               }               String response = scannerNetwork.next();               System.out.println(response);           }       } catch (IOException e) {           throw new RuntimeException(e);       }   }    public static void main(String[] args) throws IOException {        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);        client.start();    }}

                        运行效果展示

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