網絡編程套接字（socket api）

了解了網絡的一些概念，接下來就要進行網絡中的跨主機通信，了解網絡中的一些API，這里談到的API都是針對傳輸層進行的，這是因為我們編寫的代碼是在應用層，而傳輸層就是到了計算機內核中操作系統中已經實現好了的，編寫網絡編程代碼就是調用系統API，將數據傳輸到傳輸層，傳輸層->物理層就由操作系統進行。

將應用層數據傳輸到傳輸層的這些API就叫做socket api（網絡編程套接字），要將數據傳輸到傳輸層就要了解傳輸層中涉及到的協議：TCP，UDP，這兩個協議涉及到兩組不同的socket api，要分別進行討論。

TCP:有連接，可靠傳輸，面向字節流，全雙工。

UDP：無連接，不可靠傳輸，面向數據包，全雙工。

連接：有無連接就是通信雙方是否保存對方信息。

可靠/不可靠傳輸：可靠傳輸就是會在發出數據報后盡可能的保證能到達對端，不可靠就是在發出數據包后不管了。

全雙工：一個信道，可以雙向傳輸。

UDP socket

DatagramSocket

網卡：網卡等硬件設備就是通過文件進行封裝的，通過網絡發送數據，就是往網卡里接收數據；通過網絡接收信息，就是往網卡里讀取數據，封裝網卡的文件，就是socket文件。

而創建一個DatagramSocket對象就是在操作系統中創建一個socket文件，通過這個對象寫入數據，就是通過網卡發送數據；通過對象讀取數據，就是通過網卡接收數據。

DatagramSocket中的一些方法receive（接收一個數據報），send（發送一個數據報），close。

DatagramPacket

datagrampacket代表著一個UDP中傳輸數據的基本單位，也就是一個數據報。

編寫一個簡單的網絡程序

一個網絡程序一般是由客戶端和服務器構成的，這里只考慮一個客戶端和一個服務器，并且服務器返回的響應就是請求的回顯服務器（echo server）。

客戶端（cilent）：

1.從控制臺讀取請求。

?2.通過網絡將請求發送給服務器。

3.從服務器讀取返回的結果。

4.將返回的結果顯示到控制臺

服務器（server）：

1.接收客戶端發來的請求。

2.根據請求處理響應。

3.將響應發送回客戶端。

代碼實現

服務器編寫思路：

首先要創建一個socket文件對象（DatagramSocket），接下來就要通過網卡進行接收請求，那么就要創建一個數據報對象DatagramPacket，將網卡里的數據讀寫到數據報中，再對數據報中的進行內容進行解析。

public class Server {private DatagramSocket datagramSocket = null;public Server(int port) throws SocketException {//這里添加的port指的是服務器的端口號，源端口號和目的端口號是相對的//要指定的是空閑的端口，如果指定已經使用過的端口，就會拋出異常datagramSocket = new DatagramSocket(port);}public void start() throws IOException {//啟動服務器//1.接送客戶端請求//1.1 創建一個空的數據報DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(new byte[4069],4069);//1.2 將請求讀到一個空的數據報中,receive方法會將網卡內容讀到數據報中，當沒讀到東西時就會阻塞datagramSocket.receive(datagramPacket);//1.3 將數據報中二進制的內容轉換成字符串String request = new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength());//2.根據請求處理響應String torequest = prcess(request);//3.將響應返回給客戶端//3.1 將響應構造成數據報,但是UDP是無連接，所以需要將客戶端的信息保存到數據報中DatagramPacket datagramPacket1 = new DatagramPacket(torequest.getBytes(),torequest.getBytes().length,datagramPacket.getSocketAddress());datagramSocket.send(datagramPacket1);}private String prcess(String request) {return request;}}

客戶端實現思路：

客戶端不用知道自己的端口，需要知道服務器的IP和端口。再將輸入的內容打包成一個數據報，發送給服務器，再將響應的數據報解析成字符串，最后打印。

public class Cilent {private String ServerIP;private int ServerPort;private DatagramSocket datagramSocket = null;public Cilent(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {ServerIP = serverIP;ServerPort = serverPort;datagramSocket = new DatagramSocket();}public void start() throws IOException {Scanner scanner = new Scanner(System.in);//1. 從控制臺上讀取請求String re = scanner.next();//2. 將請求發送給服務器DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(re.getBytes(),re.getBytes().length,InetAddress.getByName(ServerIP),ServerPort);datagramSocket.send(datagramPacket);//3. 讀取服務器返回的響應DatagramPacket datagramPacket1 = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);datagramSocket.receive(datagramPacket1);String s = new String(datagramPacket1.getData(),0,datagramPacket1.getLength());//4. 將響應顯示到控制臺System.out.println(s);}
}

客戶端和服務器代碼的區別：

1.客戶端不用知道自己的端口，操作系統會隨機分配一個空閑的端口，是因為客戶端是發送請求的一方，要知道服務器的IP和端口才能發送，而服務器只要知道自己的端口，返回響應時接收的數據報里有客戶端的信息。

?TCP協議

兩個核心的類：ServerSocket和Socket。

ServerSocket：

打開它相當于打開一個socket文件，但是它不是負責“發送”“接收”，而是建立TCP連接，這個對象是專門給服務器使用的。

Socket：

打開它相當于打開socket文件，這個類雙方都會使用，用來發送接收數據。

使用TCP協議編寫一個簡單網絡程序

客戶端：

1.用戶從控制臺輸入

2.將請求發送給服務器

3.接送服務器返回的響應

4.將響應返回到控制臺

服務器：

1.接收客戶端的請求

2.根據請求次數處理響應

3.返回響應

編寫服務器思路：TCP協議是要進行連接的，所以不可以一上來就進行讀寫數據，要先進行從內核中將連接拿取，連接后就會返回一個Socket文件，之后就是對socket文件進行處理。

要拿到Socket中的流對象進行讀寫操作，讀出數據后就要進行處理相應（這里讀數據可以用scanner從流對象中進行讀取，當讀到的數據為空時就返回跳出循環，斷開連接），處理完成后就要通過PrintWriter返回響應。

public class server {private ServerSocket serverSocket = null;public server(int port) throws IOException {this.serverSocket = new ServerSocket(port);}private void start() throws IOException {System.out.println("服務器啟動");while(true){//通過accent建立連接//ServerSocket是建立連接，Socket負責進行數據通信，后面的都是針對Socket進行數據的傳輸//Serversocket 和 Socket 之間的關系類似前者將你介紹到總部的銷售，后者是給你介紹的銷售Socket socket =  serverSocket.accept();processa(socket);}}private void processa(Socket socket) {try (InputStream inputStream = socket.getInputStream(); OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){Scanner scanner = new Scanner(inputStream);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);while (true){//循環處理，一個客戶端可能和服務器有多輪響應//讀取并解析響應if(!scanner.hasNext()){break;}String request = scanner.next();//根據請求計算響應String response = process(request);//返回響應printWriter.print(response);}}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}private String process(String response){return response;}
}

注意事項：一個端口被同時使用于TCP和UDP協議是不會發生沖突的。

編寫客戶端思路：

TCP是有連接，所以要一上來就進行連接，然后就是進行發送和接收，但是發送時要注意有緩沖區（buffer），發送的printin其實并沒有進行發送，而是把數據填寫到緩沖區中，這是因為CPU讀寫內存比外設要快的多，所以在讀寫入網卡時就會等緩沖區的達到一定時，才會打包發送，但是可以通過flush進行提前喚醒。

public class EcohCilent {public Socket socket = null;public EcohCilent(String serverip, int serverPort) throws IOException {//有連接，先上來要建立連接，是由操作系統進行操作的，但是我們要指定服務器的端口和ipsocket = new Socket(serverip, serverPort);}public void start() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("客戶端啟動！");try (InputStream inputStream = socket.getInputStream(); OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {//接收服務器時創建的scanned，用于讀取服務器返回的內容while (true) {Scanner scanner1 = new Scanner(inputStream);PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);//輸入請求System.out.println(">");String request = scanner.next();//進行打包發送到服務器writer.println(request);writer.flush();//接收返回的請求if (!scanner1.hasNext()) {System.out.println("服務器斷開連接");break;}String rerequest = scanner1.next();System.out.println(rerequest);}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}

注意事項：

1.在TCP客戶端中要頻繁創建Socket，可能就會導致文件資源泄漏，所以要及時關閉。而UDP中不用進行關閉是因為它不需要頻繁創建socket文件。

2.在TCP中當有多個客戶端發送請求時就會出現問題。這是因為上面的代碼有兩層循環，當進入第二層循環時會發生阻塞，這是就要通過線程的方式處理。