Java網絡編程二：Socket詳解

Socket又稱套接字，是連接運行在網絡上兩個程序間的雙向通訊的端點。

一、使用Socket進行網絡通信的過程

服務端：服務器程序將一個套接字綁定到一個特定的端口，并通過此套接字等待和監聽客戶端的連接請求。

客戶端：客戶端程序根據你服務器所在的主機名和端口號發出連接請求。

兩者之間的通信是通過Socket完成的，我們可以認為Socket是兩個城市之間的交通工具，有了它，就可以在兩個城市之間穿梭了。

Socket通信示例

主機A的應用程序和主機B的應用程序通信，必須通過Socket建立連接，而建立Socket必須由底層的TCP/IP協議來建立TCP連接。建立TCP連接需要底層IP協議來尋址網絡中的主機。IP地址只能幫助我們找到目標主機，但是一個主機上面有多個應用程序，如何才能找到我們需要的應用程序，這個時候就可以通過端口號來指定了。　

二、簡易服務端、客戶端模擬

服務器端：

 1     public static void main(String[] args) throws IOException
 2     {
 3         //創建一個ServerSocket，用于監聽客戶端Socket連接請求
 4         ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
 5         System.out.println("server start");
 6         //采用循環方式監聽客戶端的請求
 7         while(true)
 8         {
 9             //偵聽并接受到此套接字的連接。此方法在連接傳入之前一直阻塞。
10             Socket socket = ss.accept();
11             OutputStream os = socket.getOutputStream();
12             PrintStream ps = new PrintStream(os);
13             ps.print("您好，您收到了來自服務端的中秋祝福");
14             ps.close();
15             os.close();
16             socket.close();
17         }
18     }

執行結果：

server start

客戶端：

 1     public static void main(String[] args) throws IOException, Exception
 2     {
 3         Socket socket = new Socket("localhost",8888);
 4         InputStream is = socket.getInputStream();
 5         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
 6         String str = br.readLine();
 7         System.out.println(str);
 8         br.close();
 9         is.close();
10         socket.close();
11     }

執行結果：

您好，您收到了來自服務端的中秋祝福

1、上面展示的是一個簡易的服務端和客戶端通信的建立過程。

2、我們通過交互圖來詳細介紹這個過程：

? ??

3、首先在server端，指定端口號創建serverSocket對象，通過serverSocket的accpet方法獲取套接字，這個方法的特點是：偵聽并接受到此套接字的連接，此方法在連接傳入之前一直阻塞。這也就意味著，如果沒有客戶端連接請求過來，服務端會一致阻塞在這里。

4、后面的代碼就是通過套接字socket可以得到輸入輸出流，到此為止，就是I/O的內容了。

5、在客戶端這邊，通過指定的服務器主機名和服務器監聽的端口號，得到套接字Socket，這個時候就表示服務端和客戶端的連接已經建立了，然后通過輸入輸出流來進行通信了。

三、半關閉的socket

　　在上面的Demo中，我們是以行作為通信的最小數據單位，服務器端也是逐行進行處理的。但是我們在大多數場景下，通信的數據單位是多行的，這時候Socket的輸出流如何表達輸出的數據已經結束？

　　在IO學習過程中提到過，如何要表示輸出已經結束，則通過關閉輸出流來實現，但是在socket中是行不通的，因為關閉socket，會導致無法再從該socket中讀取數據了。為了解決這種問題，java提供了兩個半關閉的方法：

1、shutdownInput():關閉該Socket的輸入流，程序還可以通過該Socket的輸出流輸出數據。

2、shutdownOutput():關閉該Socket的輸出流，程序還可以通過該Socket的輸入流讀取數據。

如果我們對同一個Socket實例先后調用shutdownInput和shutdownOutput方法，該Socket實例依然沒有被關閉，只是該Socket既不能輸出數據，也不能讀取數據。

服務器端：

 1         ServerSocket ss = new ServerSocket(5555);
 2         Socket socket = ss.accept();
 3         PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
 4         ps.println("服務器端：開源中國杭州論壇");
 5         ps.println("服務器端：杭州G20峰會");
 6         //關閉輸出流，表明輸出已經結束
 7         socket.shutdownOutput();
 8         //判斷該socket是否關閉
 9         System.out.println(socket.isClosed());
10         Scanner scan = new Scanner((socket.getInputStream()));
11         while(scan.hasNextLine())
12         {
13             System.out.println(scan.nextLine());
14         }
15         scan.close();
16         socket.close();
17         ss.close();
18         
19

?客戶端：

 1         Socket s = new Socket("localhost", 5555);
 2         InputStream is = s.getInputStream();
 3         byte[] buffer = new byte[1024];
 4         int flag = 0;
 5         while(-1 != (flag = is.read(buffer,0,buffer.length)))
 6         {
 7             String str = new String(buffer,0,flag);
 8             System.out.print(str);
 9         }
10         PrintStream ps = new PrintStream(s.getOutputStream());
11         ps.println("客戶端：歡迎參加開源中國論壇");
12         ps.println("客戶端：歡迎參加G20峰會");
13         is.close();
14         ps.close();
15         s.close();
16

執行結果：

???

　　在服務器端程序中可以看到，在輸出兩段字符串之后，調用了shutdownOutput方法，表示輸出已經結束。隨即又去判斷了socket是否關閉，執行的結果為false，表示socket并未關閉。

　　但是在調用了這兩個半關閉的方法關閉了輸出輸入流之后，該socket無法再次打開該輸出流或者輸入流。因此這種場景不適合保持持久通信狀態的交互使用，只適合一站式的通信協議.例如http協議：客戶端連接到服務器之后，開始發送數據，發送完成之后無須再次發送數據，只需要讀取服務器響應數據即可，讀取數據完畢之后，該socket連接也被關閉了。

四、基于UDP協議的網絡編程

　　前面介紹的socket編程都是基于TCP協議的，現在來看下基于UDP協議的編程，TCP和UDP的區別在上一章已經有過介紹。

　　UDP協議的主要作用就是完成網絡數據流和數據報之間的轉換-----在信息的發送端，UDP協議將網絡數據流封裝到數據報，然后將數據報發送出去；在信息的接收端，UDP協議將數據報轉換成實際數據報內容。

1、首先在UDP網絡編程中沒有服務器端和客戶端這種說法，兩個socket之間沒有虛擬鏈路，只是接收和發送數據報文而已。

2、這里面有兩個重要的類：DatagramSocket 和DatagramPacket。前者是用來發送和接收數據包的套接字，后者表示數據包，每條報文僅根據該包中的包含的信息從一臺機器 ? ? ? ?路由到另一臺機器。

3、DatagramSocket 的兩個構造函數：

? ? ?DatagramSocket()：構造數據報套接字并將其綁定到本地主機上任何可用的端口。

? ? ?DatagramSocket(int?port)：創建數據報套接字并將其綁定到本地主機上的指定端口。

? ? ?在我們下面的DEMO中，UDPServerTest類中先發送數據報，使用的是套接字的無參構造器，而UDPClientTest類中先接收數據報，必須監聽某一個端口，所以使用的是套接字的有參構造器。

4、DatagramPacket：創建的時候分為接收和發送兩種

? ? ??DatagramPacket(byte[]?buf, int?length)：用來接收長度為?length?的數據包。

? ? ??DatagramPacket(byte[]?buf, int?length,?InetAddress?address, int?port)：用來將長度為?length?的包發送到指定主機上的指定端口號。

 1 public class UDPServerTest
 2 {
 3     public static void main(String[] args) throws IOException
 4     {
 5         DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
 6         String str = "hello world";
 7         //構造用于發送的數據包，指定主機和端口號
 8         DatagramPacket packet = new DatagramPacket(str.getBytes(),
 9                 str.length(), InetAddress.getByName("localhost"), 5555);
10         ds.send(packet);
11         
12         //讀取從客戶端發送過來的響應
13         byte[] buffer = new byte[1024];
14         DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
15         ds.receive(packet2);
16         String str2 = new String(buffer,0,packet2.getLength());
17         System.out.println(str2);
18         ds.close();
19     }
20 }

public class UDPClientTest
{public static void main(String[] args) throws Exception{DatagramSocket ds = new DatagramSocket(5555);byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);ds.receive(packet);String str = new String(buffer, 0, packet.getLength());System.out.println(str);// 接收到數據包之后，客戶端返回響應回去String str2 = "welcome";DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(str2.getBytes(), str2.length(), packet.getAddress(), packet.getPort());ds.send(packet2);ds.close();}
}