Java高级特性 第9节 Socket机制

一、Socket简介

 　　1.Socket概述

　　Java最初是作为网络编程语言出现的，它对网络的高度支持，使得客户端和服务器流畅的沟通变成现实。而在网络编程中，使用最多的就是Socket，每一个实用的网络程序都少不了它的身影。

　　在计算机网络编程技术中，两个进程，或者说两台计算机可以通过一个网络通信实现数据的交换，这种通信链路的端点就被称为“套接字”（即Socket），Socket是网络驱动层提供给应用程序的接口或者说是一种机制。举一个物流快递的例子来说明Socket，发件人将写有收货地址信息的货物送到快递站，发件人不用关心物流是如何进行的，货物被送到收货人所在地区的快递点，进行配送，收货人等待收货就可以了，这个过程很形象地说明了信息在网络中传递的过程。其中货物就是信息，2个快递点就是2个端点Socket。信息在网络中寻址传递，应用程序并不关心，只负责准备发送数据和接收数据。

　　

　　2.Socket通信原理

　　对于编程人员来说，无需了解Socket底层机制是如何传送数据的，而是直接将数据提交给Socket，Socket会根据应用程序提供相关的信息。通过一系列计算，绑定IP及信息数据，将数据交给驱动程序向网络上发送出去。

　　Socket的底层机制非常复杂，Java平台提供了一些虽然简单但相当强大的类，可以简单地有效地使用Socket开发通信程序而无需了解底层机制。

　　

　　3. java.net包

　　java.net包提供了若干支持基于套接字的客户端/服务器通信的类。

　　java.net包中常用的类有Socket、ServerSocket、DatagramPacket、DatagramSocket、InetAddress、URL、URLConnection和URLEncoder等。

　　为了监听客户端的连接请求，可以使用ServerSocket类。Socket类实现用于网络上进程通信的套接字。DtatagramSocket类使用UDP协议实现客户端和服务器套接字。DatagramPacket类使用DatagramSocket类的对象封装设置和收到的数据报。InetAddress类表示Internet地址。在创建数据报文和Socket对象时，可以使用InetAdress类。

二、基于TCP协议的Socket编程

 　　java.net包的两个类Socket和ServerSocket，分贝用来实现双向安全连接的客户端和服务器端，他们是基于TCP协议进行工作的，它的工作过程如同打电话的过程，只有双方都接通了，才能开始通话。

　　进行通信时，Socket需要借助数据流来完成数据的传递工作。如果一个应用程序要通过网络向另一个应用程序发送数据，只要简单的创建Socket，然后将数据写入到与该Socket关联的输出流即可。对应的，接受方的应用程序创建Socket，从相关的输入流读取数据即可。

　　

　　1. Socket类

　　Socket类在客户端和服务器端之间建立连接。可用Socket类的构造方法创建套接字，并将此套接字连接至制定的主机和端口。

  • 构造方法
    • Socket s = new Socket(hostName,port);  hostName：主机名,port：端口号。创建对象时可能会抛出UnknownHostException或IOException异常，必须捕获它们。
    • Socket s = new Socket(address,port);   address:InetAddress对象。创建对象时可能会抛出UnknownHostException或IOException异常，必须捕获它们。
  • 常用方法
方法名 说明
InetAddress getInetAddress() 返回与Socket对象关联的InetAddress
int getPort() 返回此Socket对象所连接的远程端口
int getLocalPort 返回此Socket对象所连接的本地端口
InputStream getInputStream() 返回与此套接字关联的InputStream
OutputStream getOutputStream() 返回与此套接字关联的OutputStream
void  close() 关闭该Socket

　　2.ServerSocket类

　　ServerSocket对象等待客户端建立连接，连接建立后进行通信。

  • 构造方法
    • ServerSocket s = new ServerSocket(port);  port：端口号。创建对象时可能会抛出IOException异常，必须捕获它们。
    • ServerSocket s = new ServerSocket(port,maxqu);   maxqu:最大队列长度。队列长度表示系统在拒绝连接前可以拥有的最大客户端连接数。
  • 常用方法

　　Socket类中列出的方法同样适用于ServerSocket，此外，ServerSocket类具有accept()方法，此方法用于等待客户端发起通信，这样Sockt对象就可以用于进一步的数据传输。

　　下面是一个简单例子：

package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TCPSever {
    /**
　　　* 服务器端
     * @param args
     * @throws IOException
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //使用ServerSocket
        ServerSocket server = new ServerSocket(8000);

        //每个用户在程序中就是一个Socket
        Socket client = null;

        //等待客户端连接
        client = server.accept();

        //像客户端打印信息
        PrintWriter out = null;

        //准被向客户端打印信息
        out = new PrintWriter(client.getOutputStream());
        out.println("我是服务器端，Hello World");
        //关闭流和Socket对象
        out.close();
        client.close();
        server.close();
    }
}
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TCPClient {
    /**
　　  * 客户端
     * @param args
     * @throws IOException
     * @throws UnknownHostException
     */
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //表示一个客户端的Socket
        Socket client = null;

        //表示一个客户端的输入信息
        BufferedReader  buf = null;
        client = new Socket("localhost",8000);
        buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
        System.out.println(buf.readLine());
        //关闭流和Socket对象
        buf.close();
        client.close();
    }
}　　

　　

　　注意，先执行服务器端代码，在执行客户端代码。

三、使用Socket编程实现用户登录

　　1.实现单用户登陆　　

　　Socket编程一般分为4个步骤：

  • 建立连接
  • 打开Socket关联的输入/输出流
  • 从数据流中读写信息
  • 关闭所有的数据流和Socket
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.Serializable;

/*
 * 用户类：要传递的信息
 */
public class User implements Serializable {
    private String loginName;   //用户名
    private String pwd;  //用户密码
    public User(String loginName,String pwd){
        super();
        this.loginName = loginName;
        this.pwd = pwd;
    }
    //getter/setter方法
    public String getLoginName() {
        return loginName;
    }
    public void setLoginName(String loginName) {
        this.loginName = loginName;
    }
    public String getPwd() {
        return pwd;
    }
    public void setPwd(String pwd) {
        this.pwd = pwd;
    }
}
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPClient {

    /**
     * 客户端
     * @param args
     * @throws IOException
     * @throws UnknownHostException
     */
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //表示一个客户端的Socket，制定服务器的位置及端口
        Socket client = new Socket("localhost",8000);;

        //打开输入/输出流
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        InputStream is = client.getInputStream();

        //对象序列化
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);

        //发送客户端登陆信息，即向输出流中写入信息
        User user = new User();
        user.setLoginName("lipengfei");
        user.setPwd("123456");
        oos.writeObject(user);
        client.shutdownOutput();

        //表示一个客户端的输入信息
        BufferedReader  buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        String reply = null;
        while((reply = buf.readLine())!=null){ 
            System.out.println("我是客户端，服务器的响应是："+reply);
        }
        buf.close();
        oos.close();
        is.close();
        os.close();
        client.close();
    }
}
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TCPSever {
    /**
     * 服务器端
     * @param args
     * @throws IOException
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException,ClassNotFoundException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //表示一个客户端的Socket(ServerSocket)，指定端口并开始监听
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000);

        //使用accept()方法等待客户端连接，每个用户在程序中就是一个Socket
        Socket socket = serverSocket.accept();

        //打开输入/输出流
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

        //反序列化
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);

        //从客户端获取信息，即从输入流读取信息
        User user = (User)objectInputStream.readObject();
        if(!(user==null)){
            System.out.println("我是服务器，客户登录信息为："+user.getLoginName()+","+user.getPwd());
        }

        //给客户端一个响应，即向输出流中写入信息
        String reply = "欢迎你"+user.getLoginName()+",登陆成功！";
        outputStream.write(reply.getBytes());

        //关闭资源
        outputStream.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }

}

　　

　　这个例子采用一问一答的模式，先启动服务器进入监听状态，等待客户端的连接请求，连接成功后，客户端先“发言”，服务器给予“回应”。

　　2.实现多客户端用户登录

 　　一个服务器不可能只针对一个客户端服务，一般是面向很多的客户端同时提供服务，但是单线程实现必然是这样的结果。解决这个问题的办法是采用多线程的方式，可以在"服务器端"创建一个专门负责监听的应用主服务程序、一个专门负责响应的线程程序。这样就可以利用多线程处理多个请求。

　　

package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
/*
 * 线程类
 */
public class LoginThread extends Thread{
    Socket socket = null;
    //每启动一个线程，连接对应的Socket
    public LoginThread(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try{
            //打开输入/输出流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

            //反序列化
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);

            //从客户端获取信息，即从输入流读取信息
            User user = (User)objectInputStream.readObject();
            if(!(user==null)){
                System.out.println("我是服务器，客户登录信息为："+user.getLoginName()+","+user.getPwd());
            }

            //给客户端一个响应，即向输出流中写入信息
            String reply = "欢迎你"+user.getLoginName()+",登陆成功！";
            outputStream.write(reply.getBytes());

            //关闭资源
            outputStream.close();
            inputStream.close();
            socket.close();
            //serverSocket.close();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TCPSever {
    /**
     * 服务器端
     * @param args
     * @throws IOException
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException,ClassNotFoundException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //表示一个客户端的Socket(ServerSocket)，指定端口并开始监听
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000);

        //使用accept()方法等待客户端连接，每个用户在程序中就是一个Socket
        Socket socket = null;

        //监听一直进行中
        while(true){
            socket = serverSocket.accept();
            LoginThread loginThread = new LoginThread(socket);
            loginThread.start();
        }
    }
}
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
public class TCPClient {
    /**
     * 客户端
     * @param args
     * @throws IOException
     * @throws UnknownHostException
     */
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
        // TODO Auto-generated method stub
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            //表示一个客户端的Socket，指定服务器的位置及端口
            Socket client = new Socket("localhost",8000);

            //打开输入/输出流
            OutputStream os = client.getOutputStream();
            InputStream is = client.getInputStream();

            //对象序列化
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);

            //发送客户端登陆信息，即向输出流中写入信息
            User user = new User();
            user.setLoginName("lipengfei"+i);
            String pwdRandom = "@yu"+(new Random().nextInt(100)+1);
            user.setPwd(pwdRandom);
            oos.writeObject(user);
            client.shutdownOutput();

            //接收服务器端的响应，即从输入流中读取数据
            BufferedReader  buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String reply = null;
            while((reply = buf.readLine())!=null){
                System.out.println("我是客户端，服务器的响应是："+reply);
            }
            //关闭资源
            buf.close();
            oos.close();
            is.close();
            os.close();
            client.close();
        }
    }
}

　　

　　3.InetAddress类

 　　java.net包中的InetAddress类用于封装IP和DNS。要创建InetAddress类的实例，可以使用工厂方法，因为此类没有可用的构造方法。

方法名 说明
static InetAddress getLocalHost() 返回表示本地主机的InetAddress对象
static InetAddress getByName(String hostName) 返回指定主机名为hostName的InetAddress对象
static InetAddress[]  getAllByName(String hostName) 返回指定主机名为hostName的所有可能的InetAddress对象组

　　如果找不到主机，两种方法都将抛出UnknowHostNameException异常。

package cn.yu.SocketDemo;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
/*
 * 输出本地主机的地址
 */
public class InetAddressTest {
    public static void main(String[] args) {
        try{
            InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
            System.out.println("本地主机的地址是："+inetAddress);   //输出结果：域名/IP
        }catch (UnknownHostException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　

四、基于UDP协议的Socket编程

　　基于TCP协议的通信是安全的，是双向的，如同拨打10086服务电话，需要现有服务端，建立双向连接后，才开始数据通信，而UDP的网络通信就不一样了，只需要指明对方地址，然后将数据送出去，并不会事先连接。这样的网络通信是不安全的，所以应用在如聊天系统、咨询系统等场合下。

　　先了解下"数据报"，是表示通信的一种报文类型，使用数据报进行通信时无须事先建立连接，它是基于UDP协议进行的。

　　Java中有2个类可以使用数据报实现通信的类，即DatagramPacket和DatagramSocket类。DatagramPacket起到数据容器的作用，DatagramSocket用于发送或接收DataPacket。

　　DatagramPacket不提供发送或接收数据的方法，而DatagramSocket类提供send()和recieve()方法，用于通过套接字发送和接收数据报。

　　1. DatagramPacket类

  • 构造方法

　　客户端向外发送数据，必须首先创建一个DatagramPacket对象，在使用DatagramSocket对象发送。

构造方法 说明
DatagramPacket(byte[] data,int size) 构造DatagramPacket对象，封装长度为size的数据包
DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port) 构造DatagramPacket对象，封装长度为length的数据包并发送到指定的主机，端口号
  • 常用方法
方法 说明
byte[] getData() 返回字节数组，该数组包含接收到或要发送的数据报中的数据
int  getLength() 返回发送或接收到的数据的长度
InetAddress  getAddress() 返回发送或接收此数据报的主机的IP地址
int  getPort() 返回发送或接收此数据报的主机的端口号


　　2. DatagramSocket类

  • 构造方法

　　DatagramSocket类不维护连接状态，不产生输入/输出数据流，它的唯一作用就是接收和发送DatagramPacket对象封装好的数据报。

构造方法 说明
DatagramSocket() 创建一个DatagramSocket对象，并将其与本机地址上任何可用的端口绑定
DatagramSocket(int  port) 创建一个DatagramSocket对象，并将其与本机地址上指定的端口绑定
  • 常用方法
方法 说明
void  connect(InetAddress address,int  port) 将当前DatagramSocket对象连接到远程地址的指定端口
void close() 关闭当前DatagramSocket对象
void  disconnect() 断开当前DatagramSocket对象的连接
int  getLocalPort() 返回当前DatagramSocket对象绑定的本地主机的端口号
void  send(DatagramPacket p) 发送指定的数据报
void  receive(DatagramPacket  p) 接收数据报。收到数据报以后，存放在指定的DatagramPacket对象中

　　3. 使用Socket编程实现客户咨询　　

　　利用UDP通信的两个端点是平等的，也就是说通信的两个程序关系是对等的，没有主次之分，甚至他们的代码都可以完全一样，这一点要与基于TCP协议的Socket程序区分开来。

　　基于UDP协议的Socket网络编程一般可以分为4步:

  • 利用DatagramPacket对象封装数据包；
  • 利用Datagramsocket对象发送数据包；
  • 利用DatagramSocket对象接收数据包；
  • 利用DatagramPacket对象处理数据包；
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
public class Send {

    public static void main(String[] args) {
        InetAddress ia=null;
        DatagramSocket ds=null;
        try{
            String mess="你好，我想咨询一个问题。";
            //显示与本地对话框
            System.out.println("我  说："+mess);

            //获取本地主机地址
            ia=InetAddress.getByName("localhost");

            //创建DatagramPacket对象，封装数据
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(mess.getBytes(),mess.getBytes().length ,ia,8800);

            //创建DatagramSocket对象，向服务器发送数据
            ds=new DatagramSocket();
            ds.send(dp);

            byte[] buf=new byte[1024];
            DatagramPacket dpre=new DatagramPacket(buf,buf.length);
            //创建DatagramSocket对象，接收数据
            //ds=new DatagramSocket(8800);
            ds.receive(dpre);   //接收数据报，存放在指定的DatagramPacket对象中

            //显示接收到的信息
            String reply=new String(dpre.getData(),0,dpre.getLength());
            System.out.println(dpre.getAddress().getHostAddress()+"说："+reply);

        }catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //关闭DatagramSocket对象
            ds.close();
        }
    }
}
package cn.yu.SocketDemo;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
public class Receive {
    public static void main(String[] args) {
        DatagramPacket dp=null;
        DatagramSocket ds=null;
        DatagramPacket dpto=null;
        try{
            //创建DatagramPacket对象，用来准备接收数据包
            byte[] buf=new byte[1024];
            dp=new DatagramPacket(buf,buf.length);
            //创建DatagramSocket对象，接收数据
            ds=new DatagramSocket(8800);
            ds.receive(dp);

            //显示接收到的信息
            String mess=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
            System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress()+"说："+mess);

            String reply="你好，我在，请咨询！";
            //显示与本地对话框
            System.out.println("我  说："+reply);

            //创建DatagramPacket对象，封装数据
            SocketAddress sa=dp.getSocketAddress();
            dpto=new DatagramPacket(reply.getBytes(),reply.getBytes().length ,sa);
            ds.send(dpto);

        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            ds.close();
        }
    }
}

　　

五、两种通信方式比较

　

　　

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