java socket编程 - 润新知

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64KB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。

1.服务端

package sterning;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.*;
import java.util.concurrent.*;

public class MultiThreadServer {
    private int port=8821;
    private ServerSocket serverSocket;
    private ExecutorService executorService;//线程池
    private final int POOL_SIZE=10;//单个CPU线程池大小

    public MultiThreadServer() throws IOException{
        serverSocket=new ServerSocket(port);
        //Runtime的availableProcessor()方法返回当前系统的CPU数目.
        executorService=Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors()*POOL_SIZE);
        System.out.println("服务器启动");
    }

    public void service(){
        while(true){
            Socket socket=null;
            try {
                //接收客户连接,只要客户进行了连接,就会触发accept();从而建立连接
                socket=serverSocket.accept();
                executorService.execute(new Handler(socket));

            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new MultiThreadServer().service();
    }

}

class Handler implements Runnable{
    private Socket socket;
    public Handler(Socket socket){
        this.socket=socket;
    }
    private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException{
        OutputStream socketOut=socket.getOutputStream();
        return new PrintWriter(socketOut,true);
    }
    private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException{
        InputStream socketIn=socket.getInputStream();
        return new BufferedReader(new InputStreamReader(socketIn));
    }
    public String echo(String msg){
        return "echo:"+msg;
    }
    public void run(){
        try {
            System.out.println("New connection accepted "+socket.getInetAddress()+":"+socket.getPort());
            BufferedReader br=getReader(socket);
            PrintWriter pw=getWriter(socket);
            String msg=null;
            while((msg=br.readLine())!=null){
                System.out.println(msg);
                pw.println(echo(msg));
                if(msg.equals("bye"))
                    break;
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            try {
                if(socket!=null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2.客户端

package sterning;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class MultiThreadClient {

    public static void main(String[] args) {
        int numTasks = 10;

        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i = 0; i < numTasks; i++) {
            exec.execute(createTask(i));
        }

    }

    // 定义一个简单的任务
    private static Runnable createTask(final int taskID) {
        return new Runnable() {
            private Socket socket = null;
            private int port=8821;

            public void run() {
                System.out.println("Task " + taskID + ":start");
                try {
                    socket = new Socket("localhost", port);
                    // 发送关闭命令
                    OutputStream socketOut = socket.getOutputStream();
                    socketOut.write("shutdown ".getBytes());

                    // 接收服务器的反馈
                    BufferedReader br = new BufferedReader(
                            new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                    String msg = null;
                    while ((msg = br.readLine()) != null)
                        System.out.println(msg);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        };
    }
}

从而实现了多个客户端向服务器端发送请求,服务器端采用多线程的方式来处理的情况.
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