Java网络编程总结

本文主要对java网络编程Socket（套接字）接口的使用做详细的介绍和使用。

 

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。

 

(一)比较：UDP和TCP

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。

 

（二）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

（一）Socket的定义

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。

 

（二）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（socket.getOutputStream/socket.getInputStream）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。）

 

(三)创建Socket

创建Socket在java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：

客户端类的构造器：

　　Socket(InetAddress address, int port);

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

　　Socket(String host, int prot); //主要使用

　　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)

　　

服务端类的构造器：

ServerSocket(int port);  //主要使用

　　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：

Socket client = new Socket("127.0.01", 5555);  //127.0.01任何时候都代表本机IP地址，5555是自定义的端口号

　　ServerSocket server = new ServerSocket(5555);

　　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。

 

 

（四）简单的Client/Server程序

程序实现的功能：

（1）服务器在每一台客户端登陆的时候：发送一条短信给客户端“服务器正在向你发送消息！”，然后在服务器端显示连接上的客户端主机地址。

（2）客户端连接上了，会接收到一条短信，并且可以对服务器一直进行发送短信。

（3）服务器可以一直接收客户端的短信。

（4）这里服务器只写一句话，但是想要像客户端那样一直写也是可以的，改一下就可以了。

 

1. 服务器端程序的编写

 

[plain]  view plain  copy

1. package com.xykj.server;  
2.   
3. import java.io.IOException;  
4. import java.io.InputStream;  
5. import java.io.OutputStream;  
6. import java.net.ServerSocket;  
7. import java.net.Socket;  
8. /**  
9.     服务器端继承Thread  
10.  * 可以实现简单的交互  
11.  * */  
12. public class Server extends Thread {  
13.   
14.     // 定义服务器接口ServerSocket  
15.     ServerSocket server = null;  
16.   
17.     // 定义一个服务器，定义端口  
18.     public Server(int port) {  
19.         try {  
20.             server = new ServerSocket(port);  
21.         } catch (IOException e) {  
22.             e.printStackTrace();  
23.         }  
24.     }  
25.   
26.     // 发送消息的线程  
27.     @Override  
28.     public void run() {  
29.         super.run();  
30.         try {  
31.             System.out.println("服务器在启动中...等待用户的连接");  
32.             //一直接收用户的连接，连接之后发送一条短信给用户  
33.             while(true){  
34.                 // 建立socket接口，accept方法是一个阻塞进程,等到有用户连接才往下走  
35.                 // 定义Socket类  
36.                 Socket  socket = server.accept();  
37.                 //通过socket对象可以获得输出流，用来写数据  
38.                 OutputStream os = socket.getOutputStream();  
39.                 // 向客户端发送消息  
40.                 os.write("服务器正在向你发送消息！".getBytes());  
41.                 //在服务器上显示连接的上的电脑、  
42.                 System.out.println(socket.getInetAddress().getHostAddress()+"连接上了！");  
43.                 //通过socket对象可以获得输入流，用来读取用户数据  
44.                 InputStream is=socket.getInputStream();  
45.                 //读取数据  
46.                 int len=0;  
47.                 byte[] buf=new byte[1024];  
48.                 while ((len=is.read(buf))!=-1) {  
49.                     //直接把获得的数据打印出来  
50.                     System.out.println("服务器接收到客户端的数据："+new String(buf,0,len));  
51.                 }  
52.                   
53.             }  
54.         } catch (IOException e) {  
55.             e.printStackTrace();  
56.         }  
57.     }  
58. }  

 

服务器的启动：

 

[plain]  view plain  copy

1. package com.xykj.server;  
2.   
3.   
4. ublic class ServerTest {  
5.   
6. public static void main(String[] args) {  
7.       
8.     //这里服务器只需要定义一个端口号就可以了，程序会自动获取IP地址  
9.     //但是客户端需要连接这个服务器时，需要知道它的IP地址还有端口号  
10.     //ip地址的查看方法：进入cmd窗口，输入ipconfig/all可以看到  
11.      Server server=new Server(6768);  
12.      server.start();  
13. }  

 

 

 

2. 客户端程序的编写

 

[plain]  view plain  copy

1. package com.xykj.client;  
2.   
3. import java.io.IOException;  
4. import java.io.InputStream;  
5. import java.io.OutputStream;  
6. import java.net.Socket;  
7. import java.net.UnknownHostException;  
8. import java.util.Scanner;  
9.   
10. public class Client extends Thread {  
11.       
12.     //定义一个Socket对象  
13.     Socket socket = null;  
14.   
15.     public Client(String host, int port) {  
16.         try {  
17.             //需要服务器的IP地址和端口号，才能获得正确的Socket对象  
18.             socket = new Socket(host, port);  
19.         } catch (UnknownHostException e) {  
20.             e.printStackTrace();  
21.         } catch (IOException e) {  
22.             e.printStackTrace();  
23.         }  
24.           
25.     }  
26.   
27.     @Override  
28.     public void run() {  
29.         //客户端一连接就可以写数据个服务器了  
30.         new sendMessThread().start();  
31.         super.run();  
32.         try {  
33.             // 读Sock里面的数据  
34.             InputStream s = socket.getInputStream();  
35.             byte[] buf = new byte[1024];  
36.             int len = 0;  
37.             while ((len = s.read(buf)) != -1) {  
38.                 System.out.println(new String(buf, 0, len));  
39.             }  
40.           
41.         } catch (IOException e) {  
42.             e.printStackTrace();  
43.         }  
44.     }  
45.       
46.     //往Socket里面写数据，需要新开一个线程  
47.     class sendMessThread extends Thread{  
48.         @Override  
49.         public void run() {  
50.             super.run();  
51.             //写操作  
52.             Scanner scanner=null;  
53.             OutputStream os= null;  
54.             try {  
55.                 scanner=new Scanner(System.in);  
56.                 os= socket.getOutputStream();  
57.                 String in="";  
58.                 do {  
59.                     in=scanner.next();  
60.                     os.write(("客户端:"+in).getBytes());  
61.                     os.flush();  
62.                 } while (!in.equals("bye"));  
63.             } catch (IOException e) {  
64.                 e.printStackTrace();  
65.             }   
66.             scanner.close();  
67.             try {  
68.                 os.close();  
69.             } catch (IOException e) {  
70.                 e.printStackTrace();  
71.             }  
72.         }  
73.     }  
74. }  

启动客户端：

 

[plain]  view plain  copy

1. package com.xykj.client2;  
2. public class ClientTest2 {  
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         //需要服务器的正确的IP地址和端口号  
5.          Client2 client2=new Client2("192.168.18.128", 6768);  
6.          client2.start();  
7.     }  
8. }  

 

 

 

程序中要先开启服务端，在开启客户端，否则会报错！

还有就是一般的电脑是动态的IP地址，每天都在变化。要注意修改！

　　

 

 

（五）支持多客户的client/server程序

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。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。

并且每一个用户对应一个固定的线程来接收信息。

服务器还会把接收到的信息发送给所有连接上的客户端。

 

示例：多人聊天室的实现：

1.服务器端的设计

 

[plain]  view plain  copy

1. package com.xykj.server2;  
2.   
3. import java.io.IOException;  
4. import java.io.InputStream;  
5. import java.io.OutputStream;  
6. import java.net.ServerSocket;  
7. import java.net.Socket;  
8. import java.util.ArrayList;  
9. import java.util.List;  
10.   
11. /**  
12.  * 可以实现和客户端的相互发送消息的交互 可以是多台电脑  
13.  * */  
14.   
15. public class Server2 extends Thread {  
16.     // 用来存放连接上的用户的socket对象的值  
17.     List list = new ArrayList<>();  
18.   
19.     // 定义服务器接口ServerSocket  
20.     ServerSocket server = null;  
21.   
22.     // 定义一个服务器，定义端口  
23.     public Server2(int port) {  
24.         try {  
25.             server = new ServerSocket(port);  
26.         } catch (IOException e) {  
27.             e.printStackTrace();  
28.         }  
29.     }  
30.   
31.     // 发送消息的线程  
32.     @Override  
33.     public void run() {  
34.         super.run();  
35.         try {  
36.   
37.             while (true) {  
38.                 // 建立socket接口，accept方法是一个阻塞进程,等到有用户连接才往下走  
39.                 // 定义Socket类  
40.                 Socket socket = server.accept();  
41.                 // 在服务器显示连接的上的电脑、  
42.                 String message = socket.getInetAddress().getHostAddress().toString();  
43.                 System.out.println(message+"连接上了");  
44.                 // 向用户发送消息  
45.                 SendMessageToAllUser(message);  
46.                 // 把连接上的用户添加到集合；里面去  
47.                 list.add(socket);  
48.                 //开始新连接用户的线程，用于该可以一直读取数据  
49.                 new readerThread(socket).start();;  
50.             }  
51.   
52.         } catch (IOException e) {  
53.             e.printStackTrace();  
54.         }  
55.     }  
56.   
57.     // 把消息发送给每一个用户，涉及到写的操作OutStream  
58.     private void SendMessageToAllUser(String message) {  
59.         // 拿到每一个用户的socket对象，对其进行写入数据  
60.         for (Socket socket : list) {  
61.             // 判读之前保存的连接是否还在  
62.             if (socket != null && socket.isConnected()) {  
63.                 try {  
64.                     OutputStream os = socket.getOutputStream();  
65.                     os.write(message.getBytes());  
66.                     os.flush();// 刷新一下写入的数据，很有必要  
67.                 } catch (IOException e) {  
68.                     e.printStackTrace();  
69.                 }  
70.             }  
71.         }  
72.     }  
73.   
74.     // 读取客户端的信息  
75.     class readerThread extends Thread {  
76.         InputStream is = null;  
77.   
78.         // 这里传入一个socket对象，因为每一个用户都要用一个不同的线程存放的socket对象来进行一直读取数据  
79.         public readerThread(Socket socket) {  
80.             try {  
81.                 // 获取输入流  
82.                 is = socket.getInputStream();  
83.             } catch (IOException e) {  
84.                 e.printStackTrace();  
85.             }  
86.         }  
87.   
88.         @Override  
89.         public void run() {  
90.             super.run();  
91.             try {  
92.                 int len = 0;  
93.                 byte[] buf = new byte[1024];  
94.                 while ((len = is.read(buf)) != -1) {  
95.                     // 把读取到的数据发送给其他用户  
96.                     SendMessageToAllUser(new String(buf, 0, len));  
97.                 }  
98.             } catch (IOException e) {  
99.                 e.printStackTrace();  
100.             }  
101.         }  
102.     }  
103. }  

 

启动服务端：

[plain]  view plain  copy

1. package com.xykj.server;  
2. public class ServerTest {  
3. public static void main(String[] args) {  
4. //这里服务器只需要定义一个端口号就可以了，IP地址程序会自动获取  
5. //但是客户端需要连接这个服务器时，需要知道它的IP地址还有端口号  
6. //ip地址的查看方法：进入cmd窗口，输入ipconfig/all可以看到  
7.  Server2 server=new Server2(6768);  
8.  server.start();  
9. }  
10.    
11. }  

 

 

2.客户端的设计

这个和上个例子的客户端的设计基本一样，就不再重复粘贴了。

 

 

总结：上面主要是对java网络编程Socket接口类的使用，

还有TCP协议的应用（Socket的主要应用），

当然TCP还有一个比较主要的应用就是文件传输，

其中涉及到比较复杂的字符串处理（接收前和接收后都要）。