Java网络编程二：Socket详解

Socket又称套接字，是连接运行在网络上两个程序间的双向通讯的端点。

一、使用Socket进行网络通信的过程

服务端：服务器程序将一个套接字绑定到一个特定的端口，并通过此套接字等待和监听客户端的连接请求。

客户端：客户端程序根据你服务器所在的主机名和端口号发出连接请求。

两者之间的通信是通过Socket完成的，我们可以认为Socket是两个城市之间的交通工具，有了它，就可以在两个城市之间穿梭了。

Socket通信示例

主机A的应用程序和主机B的应用程序通信，必须通过Socket建立连接，而建立Socket必须由底层的TCP/IP协议来建立TCP连接。建立TCP连接需要底层IP协议来寻址网络中的主机。IP地址只能帮助我们找到目标主机，但是一个主机上面有多个应用程序，如何才能找到我们需要的应用程序，这个时候就可以通过端口号来指定了。　

二、简易服务端、客户端模拟

服务器端：

    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        //创建一个ServerSocket，用于监听客户端Socket连接请求
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        System.out.println("server start");
        //采用循环方式监听客户端的请求
        while(true)
        {
            //侦听并接受到此套接字的连接。此方法在连接传入之前一直阻塞。
            Socket socket = ss.accept();
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            PrintStream ps = new PrintStream(os);
            ps.print("您好，您收到了来自服务端的中秋祝福");
            ps.close();
            os.close();
            socket.close();
        }
    }

执行结果：

server start

客户端：

    public static void main(String[] args) throws IOException, Exception
    {
        Socket socket = new Socket("localhost",8888);
        InputStream is = socket.getInputStream();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        String str = br.readLine();
        System.out.println(str);
        br.close();
        is.close();
        socket.close();
    }

执行结果：

您好，您收到了来自服务端的中秋祝福

1、上面展示的是一个简易的服务端和客户端通信的建立过程。

2、我们通过交互图来详细介绍这个过程：

    

3、首先在server端，指定端口号创建serverSocket对象，通过serverSocket的accpet方法获取套接字，这个方法的特点是：侦听并接受到此套接字的连接，此方法在连接传入之前一直阻塞。这也就意味着，如果没有客户端连接请求过来，服务端会一致阻塞在这里。

4、后面的代码就是通过套接字socket可以得到输入输出流，到此为止，就是I/O的内容了。

5、在客户端这边，通过指定的服务器主机名和服务器监听的端口号，得到套接字Socket，这个时候就表示服务端和客户端的连接已经建立了，然后通过输入输出流来进行通信了。

三、半关闭的socket

　　在上面的Demo中，我们是以行作为通信的最小数据单位，服务器端也是逐行进行处理的。但是我们在大多数场景下，通信的数据单位是多行的，这时候Socket的输出流如何表达输出的数据已经结束？

　　在IO学习过程中提到过，如何要表示输出已经结束，则通过关闭输出流来实现，但是在socket中是行不通的，因为关闭socket，会导致无法再从该socket中读取数据了。为了解决这种问题，java提供了两个半关闭的方法：

1、shutdownInput():关闭该Socket的输入流，程序还可以通过该Socket的输出流输出数据。

2、shutdownOutput():关闭该Socket的输出流，程序还可以通过该Socket的输入流读取数据。

如果我们对同一个Socket实例先后调用shutdownInput和shutdownOutput方法，该Socket实例依然没有被关闭，只是该Socket既不能输出数据，也不能读取数据。

服务器端：

        ServerSocket ss = new ServerSocket(5555);
        Socket socket = ss.accept();
        PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
        ps.println("服务器端：开源中国杭州论坛");
        ps.println("服务器端：杭州G20峰会");
        //关闭输出流，表明输出已经结束
        socket.shutdownOutput();
        //判断该socket是否关闭
        System.out.println(socket.isClosed());
        Scanner scan = new Scanner((socket.getInputStream()));
        while(scan.hasNextLine())
        {
            System.out.println(scan.nextLine());
        }
        scan.close();
        socket.close();
        ss.close();
        
    

 客户端：

        Socket s = new Socket("localhost", 5555);
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int flag = 0;
        while(-1 != (flag = is.read(buffer,0,buffer.length)))
        {
            String str = new String(buffer,0,flag);
            System.out.print(str);
        }
        PrintStream ps = new PrintStream(s.getOutputStream());
        ps.println("客户端：欢迎参加开源中国论坛");
        ps.println("客户端：欢迎参加G20峰会");
        is.close();
        ps.close();
        s.close();
    

执行结果：

   

  

　　在服务器端程序中可以看到，在输出两段字符串之后，调用了shutdownOutput方法，表示输出已经结束。随即又去判断了socket是否关闭，执行的结果为false，表示socket并未关闭。

　　但是在调用了这两个半关闭的方法关闭了输出输入流之后，该socket无法再次打开该输出流或者输入流。因此这种场景不适合保持持久通信状态的交互使用，只适合一站式的通信协议.例如http协议：客户端连接到服务器之后，开始发送数据，发送完成之后无须再次发送数据，只需要读取服务器响应数据即可，读取数据完毕之后，该socket连接也被关闭了。

四、基于UDP协议的网络编程

　　前面介绍的socket编程都是基于TCP协议的，现在来看下基于UDP协议的编程，TCP和UDP的区别在上一章已经有过介绍。

　　UDP协议的主要作用就是完成网络数据流和数据报之间的转换-----在信息的发送端，UDP协议将网络数据流封装到数据报，然后将数据报发送出去；在信息的接收端，UDP协议将数据报转换成实际数据报内容。

1、首先在UDP网络编程中没有服务器端和客户端这种说法，两个socket之间没有虚拟链路，只是接收和发送数据报文而已。

2、这里面有两个重要的类：DatagramSocket 和DatagramPacket。前者是用来发送和接收数据包的套接字，后者表示数据包，每条报文仅根据该包中的包含的信息从一台机器        路由到另一台机器。

3、DatagramSocket 的两个构造函数：


     DatagramSocket()：构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。

     DatagramSocket(int port)：创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。

     在我们下面的DEMO中，UDPServerTest类中先发送数据报，使用的是套接字的无参构造器，而UDPClientTest类中先接收数据报，必须监听某一个端口，所以使用的是套接字的有参构造器。

4、DatagramPacket：创建的时候分为接收和发送两种

      DatagramPacket(byte[] buf, int length)：用来接收长度为 length 的数据包。

      DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。

public class UDPServerTest
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        String str = "hello world";
        //构造用于发送的数据包，指定主机和端口号
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(str.getBytes(),
                str.length(), InetAddress.getByName("localhost"), 5555);
        ds.send(packet);
        
        //读取从客户端发送过来的响应
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
        ds.receive(packet2);
        String str2 = new String(buffer,0,packet2.getLength());
        System.out.println(str2);
        ds.close();
    }
}

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);

        // 接收到数据包之后，客户端返回响应回去
        String str2 = "welcome";
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(str2.getBytes(), str2
                .length(), packet.getAddress(), packet.getPort());
        ds.send(packet2);
        ds.close();
    }
}

执行过程：

 

1、上面的程序中，第一步是服务器端（暂且以这种叫法来区分这两个类）创建一个UDP套接字，没有指定端口，使用的是系统分配的端口。然后构建了一个数据包，包中指定      了目标机器的ip和端口号。

2、作为客户端，创建了一个UDP套接字，并且绑定了端口，如果想要接收到服务端发送过来的报文，绑定的端口必须和服务器端发送的包中指定的端口一致。

3、客户端打印了包中的内容之后，想要返回一些内容回去。这个时候，服务器端的ip和端口号可以从之前发送过来的数据包中获取。

     DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(str2.getBytes(), str2.length(), packet.getAddress(), packet.getPort());

4、在服务器接收数据包的时候，已经不需要再像客户端创建套接字一样去绑定端口了，因为目前监听的端口和客户端发送的包中指定的端口是一样的。

5、打印看下服务器端的ip和监听的端口号：

serverIp =/127.0.0.1;serverPort=62965

6、其中DatagramSocket的receive(DatagramPacket p)方法在接收到数据包前一直阻塞。