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java socket 编程

一,网络编程中两个主要的问题

一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机,另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。

在 TCP/IP 协议中 IP 层主要负责网络主机的定位,数据传输的路由,由 IP 地址可以唯一地确定 Internet 上的一台主机。

而 TCP 层则提供面向应用的可靠(tcp)的或非可靠(UDP)的数据传输机制,这是网络编程的主要对象,一般不需要关心 IP 层是如何处理数据的。

目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器(C/S)结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提 出申请。服务器一般作为守护进程始终运行,监听网络端口,一旦有客户请求,就会启动一个服务进程来响应该客户,同时自己继续监听服务端口,使后来的客户也 能及时得到服务。

二,两类传输协议:TCP;UDP

TCP 是 Tranfer Control Protocol 的简称,是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过 TCP 协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个 socket 之间必须建立连接,以便在 TCP 协议的基础上进行通信,当一个 socket(通常都是 server socket)等待建立连接时,另一个 socket 可以要求进行连接,一旦这两个 socket 连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送或接收操作。

UDP 是 User Datagram Protocol 的简称,是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

比较:

UDP: 1,每个数据报中都给出了完整的地址信息,因此无需要建立发送方和接收方的连接。

2,UDP 传输数据时是有大小限制的,每个被传输的数据报必须限定在 64 KB 之内。

3,UDP 是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方

TCP: 1,面向连接的协议,在 socket 之间进行数据传输之前必然要建立连接,所以在 TCP 中需要连接时间。

2,TCP 传输数据大小限制,一旦连接建立起来,双方的 socket 就可以按统一的格式传输大的数据。

3,TCP 是一个可靠的协议,它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

应用:

1,TCP 在网络通信上有极强的生命力,例如远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此 TCP 传输的效率不如 UDP 高。

2,UDP 操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中 client/server 应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用 UDP 会更合理一些。

三,基于 Socket 的 java 网络编程

1,什么是 Socket

网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个 Socket。Socket 通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket 是 TCP/IP 协议的一个十分流行的编程界面,一个 Socket 由一个 IP 地址和一个端口号唯一确定。

但是,Socket 所支持的协议种类也不光 TCP/IP 一种,因此两者之间是没有必然联系的。在 Java 环境下,Socket 编程主要是指基于 TCP/IP 协议的网络编程。

2,Socket 通讯的过程

Server 端 Listen(监听)某个端口是否有连接请求,Client 端向 Server 端发出 Connect(连接)请求,Server 端向 Client 端发回 Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server 端和 Client 端都可以通过 Send,Write 等方法与对方通信。

对于一个功能齐全的 Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤:

(1) 创建 Socket;

(2) 打开连接到 Socket 的输入/出流;

(3) 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作;

(4) 关闭 Socket.(在实际应用中,并未使用到显示的 close,虽然很多文章都推荐如此,不过在我的程序中,可能因为程序本身比较简单,要求不高,所以并未造成什么影响。)

3,创建 Socket

创建 Socket

java 在包 java.net 中提供了两个类 Socket 和 ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下:

Socket(InetAddress address, int port);

Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);

Socket(String host, int prot);

Socket(String host, int prot, boolean stream);

Socket(SocketImpl impl)

Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

ServerSocket(int port);

ServerSocket(int port, int backlog);

ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)

其中 address、host 和 port 分别是双向连接中另一方的 IP 地址、主机名和端口号,stream 指明 socket 是流 socket 还是数据报 socket,localPort 表示本地主机的端口号,localAddr 和 bindAddr 是本地机器的地址(ServerSocket 的主机地址),impl 是 socket 的父类,既可以用来创建 serverSocket 又可以用来创建 Socket。count 则表示服务端所能支持的最大连接数。例如:学习视频网 http://www.xxspw.com

Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);

ServerSocket server = new ServerSocket(80);

注意,在选择端口时,必须小心。每一个端口提供一种特定的服务,只有给出正确的端口,才能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留,例如 http 服务的端口号为80,telnet 服务的端口号为21,ftp 服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。

在创建 socket 时如果发生错误,将产生 IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建 Socket 或 ServerSocket 是必须捕获或抛出例外。

4,简单的 Client/Server 程序

  1. 客户端程序
  import java.io.*;

  import java.net.*;

  public class TalkClient {

    public static void main(String args[]) {

      try{

        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);

        //向本机的4700端口发出客户请求

        BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象

        PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());

        //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象

        BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

        //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象

        String readline;

        readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串

        while(!readline.equals("bye")){

        //若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环

          os.println(readline);

          //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server

          os.flush();

          //刷新输出流,使Server马上收到该字符串

          System.out.println("Client:"+readline);

          //在系统标准输出上打印读入的字符串

          System.out.println("Server:"+is.readLine());

          //从Server读入一字符串,并打印到标准输出上

          readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串

        } //继续循环

        os.close(); //关闭Socket输出流

        is.close(); //关闭Socket输入流

        socket.close(); //关闭Socket

      }catch(Exception e) {

        System.out.println("Error"+e); //出错,则打印出错信息

      }

  }

}

 2. 服务器端程序

  import java.io.*;

  import java.net.*;

  import java.applet.Applet;

  public class TalkServer{

    public static void main(String args[]) {

      try{

        ServerSocket server=null;

        try{

          server=new ServerSocket(4700);

        //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求

        }catch(Exception e) {

          System.out.println("can not listen to:"+e);

        //出错,打印出错信息

        }

        Socket socket=null;

        try{

          socket=server.accept();

          //使用accept()阻塞等待客户请求,有客户

          //请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行

        }catch(Exception e) {

          System.out.println("Error."+e);

          //出错,打印出错信息

        }

        String line;

        BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

         //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象

        PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());

         //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象

        BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

         //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象

        System.out.println("Client:"+is.readLine());

        //在标准输出上打印从客户端读入的字符串

        line=sin.readLine();

        //从标准输入读入一字符串

        while(!line.equals("bye")){

        //如果该字符串为 "bye",则停止循环

          os.println(line);

          //向客户端输出该字符串

          os.flush();

          //刷新输出流,使Client马上收到该字符串

          System.out.println("Server:"+line);

          //在系统标准输出上打印读入的字符串

          System.out.println("Client:"+is.readLine());

          //从Client读入一字符串,并打印到标准输出上

          line=sin.readLine();

          //从系统标准输入读入一字符串

        }  //继续循环

        os.close(); //关闭Socket输出流

        is.close(); //关闭Socket输入流

        socket.close(); //关闭Socket

        server.close(); //关闭ServerSocket

      }catch(Exception e){

        System.out.println("Error:"+e);

        //出错,打印出错信息

      }

    }

  }

5,支持多客户的 client/server 程序

前面的 Client/Server 程序只能实现 Server 和一个客户的对话。在实际应用中,往往是在服务器上运行一个永久的程序,它可以接收来自其他多个客户端的请求,提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能,需要对上 面的程序进行改造,利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求,一旦监听到客户请求,服务器就会启动一个专门的服务线程来响 应该客户的请求,而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态,等待下一个客户的到来。

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