Java网络编程（2）Socket

前言

当得到IP地址，我们可以与其他主机联系，但一个主机会有多个进程，需要区别这些进程
运输层定义了端口（port），每个进程都会分配一个端口号
传输层：就是端口与端口之间的通信
通过IP地址+端口号即可实现客户端进程与服务器的通信

Socket定义

Socket - “套接字”：是一个抽象层（不属于网络模型），是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式，本质上是一种独立于协议的网络编程接口

应用程序可以通过它发送接收信息，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中，并与网络中的其他应用程序进行通信。

网络套接字是IP地址与端口的组合，socket(IP地址：端口号）

Socket位于运输层与应用层之间，是抽象层
在这里插入图片描述
Socket起到连接应用层与运输层的作用，Socket对TCP/IP进行了封装，直接调用Socket的API就可以方便的传输数据
（还有UDP协议的套接字）

Socket流程

在这里插入图片描述

具体步骤：

服务端需要建立 socket 来监听（listen）指定的地址（IP : Port），然后等待客户端来连接（Socket代表客户端套接字，ServerSocket代表服务器套接字，负责等待连接、创建Socket与客户端通信，服务器会有两种套接字）
客户端建立 socket 并与服务端的 socket 地址进行连接
连接过程是TCP三次握手
连接成功就可以使用缓存区读写信息，发送缓冲区和接收缓冲区就是套接字缓存 (socket buffer)
客户端发送关闭连接信息，经过TCP四次挥手，关闭了客户端与服务端的连接（关闭了Socket）
前面关闭的是客户端与服务端的连接，服务器并没有关闭，最终还要关闭服务器（关闭ServerSocket）

具体实现

通过Socket实现一个客户端、服务器通信（步骤都在注释里）

客户端：

package com.company.Socket;

import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class SocketClient {
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // 要连接的服务端IP地址和端口
        String host = "127.0.0.1";
        int port = 55533;
        // 创建Socket与服务端建立连接
        Socket socket = new Socket(host, port);
        // 建立连接后获得输出流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        String message="你好  服务器";
        //往输出流写入信息，编码格式为UTF-8
        socket.getOutputStream().write(message.getBytes("UTF-8"));
        //关闭写入流
        outputStream.close();
        //关闭Socket
        socket.close();
    }
}

服务器：

package com.company.Socket;

import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 监听指定的端口(随便编一个，注意不要用到特殊端口)
        int port = 55533;
        //服务器套接字监听一个端口
        ServerSocket server = new ServerSocket(port);
        // server等待客户端连接
        System.out.println("server等待客户端连接");
        //客户端发送连接请求，服务器套接字会创建一个Socket
        Socket socket = server.accept();
        // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len;
        //可变长字符串StringBuilder
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {
            //编码格式,建议使用UTF-8
            sb.append(new String(bytes, 0, len,"UTF-8"));
        }
        System.out.println("获得客户端信息: " + sb);
        //关闭输入流
        inputStream.close();
        //关闭与客户端的连接
        socket.close();
        //关闭服务器套接字
        server.close();
    }
}

测试：

先开启服务器，再开启客户端

开启服务器：
在这里插入图片描述

开启客户端：

在这里插入图片描述

这里的Socket是只通信一次，可以通过自定义关闭实现多次通信

Socket类型

（来自百度）
为了满足不同的通信程序对通信质量和性能的要求，一般的网络系统提供了三种不同类型的套接字，以供用户在设计网络应用程序时根据不同的要求来选择。
三种套接为流式套接字（SOCK-STREAM）、数据报套接字（SOCK-DGRAM）和原始套接字（SOCK-RAW）

流式套接字：它提供了一种可靠的、面向连接的双向数据传输服务，实现了数据无差错、无重复的发送。流式套接字内设流量控制，被传输的数据看作是无记录边界的字节流。在TCP/IP协议簇中，使用TCP协议来实现字节流的传输，当用户想要发送大批量的数据或者对数据传输有较高的要求时，可以使用流式套接字。
数据报套接字：它提供了一种无连接、不可靠的双向数据传输服务。数据包以独立的形式被发送，并且保留了记录边界，不提供可靠性保证。数据在传输过程中可能会丢失或重复，并且不能保证在接收端按发送顺序接收数据。在TCP/IP协议簇中，使用UDP协议来实现数据报套接字。在出现差错的可能性较小或允许部分传输出错的应用场合，可以使用数据报套接字进行数据传输，这样通信的效率较高。
原始套接字：该套接字允许对较低层协议（如IP或ICMP）进行直接访问，常用于网络协议分析，检验新的网络协议实现，也可用于测试新配置或安装的网络设备

Socket操作

套接字有多种Socket类，这里仅了解Socket类

创建

Java中有多种构造方法
在这里插入图片描述
TCP协议最常见的就是通过IP+Port创建Socket

UDP协议创建Socket不需要连接（用的是DatagramSocket 类）

 //创建一个数据报文
DatagramSocket socket=new DatagramSocket();

获得输入流 getInputStream()

// 建立连接后获得输出流
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

在这里插入图片描述

返回的是InputStream流

关闭套接字close()

//关闭Socket
socket.close();

关闭套接字后，不提供进一步的网络使用（即不能连接或反弹）
而且也会关闭InputStream和OutputStream

绑定bind()

采用TCP通信时，客户端不需要bind()他自己的IP和端口号，而服务器必须要bind()自己本机的IP和端口号;
若采用UDP通信时（这里是有客户端和服务器之分才这么说的，若是指定特定端口的UDP对等通信则不一样了），客户端也可以不需要bind（）他自己的IP和端口号，而服务器需要bind自己IP地址和端口号

其他还有很多方法

例如Socket选择可以指定Socket类发送和接受数据的方式
其中有8种选项
8中设置详解

还有connect连接服务器方法等等
可以去找源码

ServerSocket

前面知道服务器要创建两种Socket:ServerSocket和Socket

ServerSocket server = new ServerSocket(port);
Socket socket = server.accept();

Socket类代表一个客户端套接字
ServerSocket类代表服务器套接字，需要等待客户端套接字的连接
服务器套接字的角色是等待来自客户端的连接请求。一旦服务器套接字获得一个连接请求，它创建一个Socket实例来与客户端进行通信

在这里插入图片描述

四个构造方法中最常用的是绑定端口的构造方法

accept()即接收连接请求，当接收到了请求，实际工作由SocketImpl类的一个实例进行，创建一个Socket客户端套接字

//客户端发送连接请求，服务器套接字会创建一个Socket
Socket socket = server.accept();

如果还没有接收，最多在服务队列接收50个请求，当然通过构造方法可以限制最多请求数

在这里插入图片描述

总结

Socket套接字是一个抽象层，位于运输层和应用层之间，负责两层的数据传输
Socket套接字封装TCP/IP协议（还有其他类型的套接字，例如UDP协议的套接字），通过调用API可以使网络通信更加简单
Socket通信（客户端、服务器）过程有六步：服务器创建ServerSocket并等待客户端请求；客户端创建Socket发送请求；服务器接收请求建立连接（三次握手）；发送数据；客户端关闭连接；服务器关闭ServerSocket
套接字有三种：基于TCP协议的流式套接字；基于UDP协议的数据报套接字；可直接对较低层协议（IP、ICMP）通信的原始套接字
Socket有许多操作：绑定bind、连接connect、关闭close等等
套接字对于不同场景有多种类，ServerSocket是服务器套接字，用于等待客户端的请求，当接收请求accept，创建一个客户端套接字Socket

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