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Java--Socket通信

下面内容是Java开发内容的高级知识点，需要对Java中的面向对象、IO、多线程、以及网络相关知识有一定的基础。(知识永远都有深度，本章节长期更新内容)

1、网络基础知识

网络通信的条件：1、两个通信的端都要有各自的IP地址作为唯一标识，简单的来说IP地址用来区分不同机器(计算机)。2、语言要相通。3、如何辨别不同程序的通信需要端口号来区别，简单的来说端口号就是用来标识不同的应用程序。

TCP/IP是目前世界上使用最广泛的协议，是以TCP和IP为基础的不同层次上多个协议的集合，也称TCP/IP协议族或 TCP/IP 协议栈。

TCP:Transmission Control Protocol 传输控制协议
IP:Internet Protocol 互联网协议

TCP/IP模型

>>IP和端口<<
1、用于区分不同应用程序。
2、端口号范围为0~65535，其中0~1023为系统所保留。如果自定义端口号，所以建议用1024之后的端口号。
3、IP地址和端口号组成了所谓的Socket，Socket是网络上运行程序之间双向通信链路的终结点，是TCP和UDP的基础。

常用的端口号需要记一下：http：80 ftp：21 telnet：23

——————————Java中的网络支持—————————
针对网络通信的不同层次，Java提供的网络功能有四大类：
>>1、InetAddress：用于标识网络上的硬件资源
>>2、URL：统一资源定位符通过URL可以直接读取或写入网络上的数据
>>3、Socket：使用TCP协议实现网络通信的Socket相关的类。
>>4、Datagram：使用UDP协议，将数据保存在数据报中，通过网络进行通信。

2、InetAddress类

查看I-net-Address的API文档，发现没有构造方法，也就是不能通过new来创建。所以肯定有静态的方法来创建。

 1 import java.net.InetAddress;
 2 import java.net.UnknownHostException;
 3 import java.util.Arrays;
 4 
 5 public class Test1{
 6     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException{
 7         // 获取本机的InetAdresss实例
 8         InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
 9         System.out.println("计算机名："+address.getHostName()+"
IP地址："+address.getHostAddress());
10 
11         // 获取字节数组形式的IP地址
12         byte[] bytes = address.getAddress();
13         System.out.println("字节数组形式的IP："+Arrays.toString(bytes));
14         System.out.println(address);
15 
16         // 也可以通过机器名来获取InewAdress
17         InetAddress address2 = InetAddress.getByName("MacBook-Air-2.local");
18         System.out.println("通过计算机名字创建的InetAddress对象："+address2);
19         System.out.println("计算机名："+address2.getHostName());
20         System.out.println("IP地址："+address2.getHostAddress());
21 
22         // 也可以通过IP地址来获取InewAdress
23         InetAddress address3 = InetAddress.getByName("192.168.1.102");
24         System.out.println("通过计算机IP地址创建的InetAddress对象："+address3);
25         System.out.println("计算机名："+address3.getHostName());
26         System.out.println("IP地址："+address3.getHostAddress());
27 
28 
29     }
30 }

输出结果：

3、URL

URL（Uniform Resource Locator）统一资源定位符，表示Internet上某一资源的地址。俗称就是网址。

URL由两部分组成：协议名称+资源名称。

在Java.net包中，提供了URL类来表示URL。

 1 import java.net.MalformedURLException;
 2 import java.net.URL;
 3 
 4 public class Test1{
 5     public static void main(String[] args){
 6         
 7         try {
 8             // 创建一个URL实例
 9             URL imoocURL = new URL("http://www.imooc.com");
10             URL url = new URL(imoocURL,"/index.html?username=tom#test");
11             // ？后面表示参数，#后面表示的是锚点
12 
13             // 创建URL对象之后，可以根据这个对象获取相关的信息
14             System.out.println("协议："+url.getProtocol());
15             System.out.println("主机："+url.getHost());
16             // 如果未指定端口号，则使用默认的端口号，此时getPort()方法返回值为-1
17             System.out.println("端口："+url.getPort());
18             System.out.println("文件路径："+url.getPath());
19             System.out.println("文件名："+url.getFile());
20             System.out.println("相对路径："+url.getRef());// 实际上就是#锚点后面的内容
21             System.out.println("查询字符串："+url.getQuery());
22 
23         } catch (MalformedURLException e) {
24             e.printStackTrace();
25         }
26 
27 
28     }
29 }

输出：

下面再通过URL读取网页内容：

 1 import java.net.MalformedURLException;
 2 import java.net.URL;
 3 import java.io.InputStream;
 4 import java.io.InputStreamReader;
 5 import java.io.BufferedReader;
 6 import java.io.IOException;
 7 
 8 /*
 9  * 使用URL读取网页页面内容
10  */
11 public class Test1{
12     public static void main(String[] args){
13         
14         try {
15             // 创建一个URL实例
16             URL url = new URL("http://www.baidu.com");
17             // 通过URL的openStream方法获取URL对象所表示的资源的字节输入流
18             InputStream is = url.openStream();
19             // 将字节输入流转换为字符输入流
20             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is,"utf-8");// 如果没有指明编码可能会出现中文乱码
21             // 为字符输入流添加缓冲
22             BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
23             String data = br.readLine();// 读取数据
24             while(data != null){
25                 System.out.println(data);// 输出数据
26                 data = br.readLine();
27             }
28             // 最后按照上面对象倒序关闭
29             br.close();
30             isr.close();
31             is.close();
32         } catch (MalformedURLException e) {
33             e.printStackTrace();
34         } catch (IOException e) {
35             e.printStackTrace();
36         } 
37     }
38 }

输入：

4、TCP编程

4-1、Socket简介

TCP协议是面向连接、可靠的、有序的，以字节流的方式发送数据
基于TCP协议实现网络通信的类：
>>1、客户端的Socket类
>>2、服务器端的ServerSocket类

基于Socket的TCP通信模型

Socket通信实现步骤：1、创建ServerSocket和Socket。2、打开连接到Socket的输入/输出流。3、按照协议对Socket进行读/写操作。4、关闭输入输出流、关闭Socket。
通过在线API文档：http://tool.oschina.net/apidocs/apidoc?api=jdk-zh 中查询到的结果：

4-2、编程实现基于TCP的Socket服务器端和客户端的通信

服务器端：
   1、创建ServerSocket对象，绑定监听端口。
   2、通过accept()方法监听客户端请求。
   3、链接建立后，通过输入流读取客户端发送的请求信息。
   4、通过输出流向客户端发送响应信息。
   5、关闭相关资源。

 1 package com.heyang;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStream;
 6 import java.io.InputStreamReader;
 7 import java.net.ServerSocket;
 8 import java.net.Socket;
 9 
10 /*
11  * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
12  * 服务器端
13  */
14 public class Server {
15     public static void main(String[] args) {
16         try {
17             // 1、创建一个服务器Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
18             ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
19             // 2、调用()方法开始监听，等待客户端的连接
20             System.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");
21             Socket socket = serverSocket.accept();// 就会处于阻塞的状态，等待监听
22             // 3、获取输入流，病读取客户端信息
23             InputStream is = socket.getInputStream();// 字节输入流
24             // 将字节流转换为字符流
25             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
26             // 为输入流添加缓冲
27             BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
28             String info = null;
29             while((info = br.readLine())!=null){
30                 System.out.println("我是服务器，读取客户端发过来的信息："+info);
31             }
32             socket.shutdownInput();//关闭输入流
33             
34             // 关闭资源
35             br.close();
36             isr.close();
37             is.close();
38             socket.close();
39             serverSocket.close();
40             
41         } catch (IOException e) {
42             // TODO Auto-generated catch block
43             e.printStackTrace();
44         }
45     }
46 }

客户端：
   1、创建Socket对象，指明需要连接的服务器的地址和端口号。
   2、连接建立后，通过输出流向服务器端发送请求信息。
   3、通过输入流获取服务器响应的信息。
   4、关闭相关资源。

 1 package com.heyang;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.OutputStream;
 5 import java.io.PrintWriter;
 6 import java.net.Socket;
 7 import java.net.UnknownHostException;
 8 
 9 /*
10  * 客户端
11  */
12 public class Client {
13     public static void main(String[] args) {
14         // 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
15         try {
16             Socket  socket = new Socket("localhost", 8888);
17             // 2、获取输出流，向服务器端发送信息
18             OutputStream os = socket.getOutputStream();// 获取字节输出流
19             // 将输出流包装为打印流
20             PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
21             pw.write("用户名:admin 密码:123");
22             pw.flush();
23             socket.shutdownInput();//关闭输出流
24             
25             // 3、关闭资源
26             pw.close();
27             os.close();
28             socket.close();
29             
30         } catch (UnknownHostException e) {
31             // TODO Auto-generated catch block
32             e.printStackTrace();
33         } catch (IOException e) {
34             // TODO Auto-generated catch block
35             e.printStackTrace();
36         }
37     }
38 }

输出：

4-3、完善客户端登陆之后服务器响应客户端

代码逻辑深化分析：

　　在前面简单的代码的基础上，我们需要完善客户端登陆之后服务器响应客户端的逻辑。

　　事实上，站在客户端的角度，对外(这里指的是服务器)发出数据流，也就是需要用输出流来输出数据流。

　　反过来，站在服务器端的角度，就要不断的监听外部(这里指的是外部客户端)输入进来的数据流，所以就需要输入流来接收输入进来的数据流。

　　那么，当服务器端收到客户端传输过来的数据流之后，就应该响应，那么这时候，站在服务器端的角度，要对外进行响应，就需要用输出流来输出响应回馈的信息，这时候就和客户端一开始的输出流代　　码一致了。

　　回到客户端，由于需要接收和读取服务器端的发出的响应，就需要输入流来接收服务器发过来的回馈信息了，这时候就和服务器端一开始的输入流代码一致了。

服务器代码：

 1 package com.heyang;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStream;
 6 import java.io.InputStreamReader;
 7 import java.io.OutputStream;
 8 import java.io.PrintWriter;
 9 import java.net.ServerSocket;
10 import java.net.Socket;
11 
12 /*
13  * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
14  * 服务器端
15  */
16 public class Server {
17     public static void main(String[] args) {
18         try {
19             // 1、创建一个服务器Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
20             ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
21             // 2、调用()方法开始监听，等待客户端的连接
22             System.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");
23             Socket socket = serverSocket.accept();// 就会处于阻塞的状态，等待监听
24             // 3、获取输入流，病读取客户端信息
25             InputStream is = socket.getInputStream();// 字节输入流
26             // 将字节流转换为字符流
27             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
28             // 为输入流添加缓冲
29             BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
30             String info = null;
31             while((info = br.readLine())!=null){
32                 System.out.println("我是服务器，读取客户端发过来的信息："+info);
33             }
34             socket.shutdownInput();//关闭输入流
35             
36             // 4、作为服务器端，就需要响应客户端的请求，使用输出流来响应
37             OutputStream os = socket.getOutputStream();
38             PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
39             pw.write("欢迎您！");
40             pw.flush();//调用flush()方法将缓冲输出
41             
42             
43             // 5、关闭资源
44             pw.close();
45             os.close();
46             br.close();
47             isr.close();
48             is.close();
49             socket.close();
50             serverSocket.close();
51             
52         } catch (IOException e) {
53             // TODO Auto-generated catch block
54             e.printStackTrace();
55         }
56     }
57 }

客户端代码：

 1 package com.heyang;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStream;
 6 import java.io.InputStreamReader;
 7 import java.io.OutputStream;
 8 import java.io.PrintWriter;
 9 import java.net.Socket;
10 import java.net.UnknownHostException;
11 
12 /*
13  * 客户端
14  */
15 public class Client {
16     public static void main(String[] args) {
17         // 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
18         try {
19             Socket  socket = new Socket("localhost", 8888);
20             // 2、获取输出流，向服务器端发送信息
21             OutputStream os = socket.getOutputStream();// 获取字节输出流
22             // 将输出流包装为打印流
23             PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
24             pw.write("用户名:admin 密码:123");
25             pw.flush();
26             socket.shutdownOutput();//关闭输出流
27             
28             // 3、获取输入流，并读取服务器端的响应信息
29             InputStream is = socket.getInputStream();
30             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
31             String info = null;
32             while((info = br.readLine())!=null){
33                 System.out.println("我是客户端，服务器跟我说："+info);
34             }
35             
36             // 4、关闭资源
37             br.close();
38             is.close();
39             pw.close();
40             os.close();
41             socket.close();
42             
43         } catch (UnknownHostException e) {
44             // TODO Auto-generated catch block
45             e.printStackTrace();
46         } catch (IOException e) {
47             // TODO Auto-generated catch block
48             e.printStackTrace();
49         }
50     }
51 }

具体运行结果就不展示了。

4-4、使用多线程实现多客户端的通信

事实上，以上只实现了单个客户端和单个服务器端进行socket通信。那么问题来了，实际应用程序是由一个服务器持续不断的运行中，然后由多个客户端异步通过服务器进行客户端之间的收发信息，这该如何实现呢？

基本步骤：

　　1、服务器端创建ServerSocket，循环调用accept()等待客户端连接。

　　2、客户端创建一个socket并请求和服务器端连接。

　　3、服务器端接受客户端请求，创建socket与该客户端建立专线连接。

　　4、建立连接的两个socket在一个单独的线程上对话。

　　5、服务器端继续等待新的连接。

服务器端的代码：

 1 package com.heyang;
 2 
 3 
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.net.InetAddress;
 6 import java.net.ServerSocket;
 7 import java.net.Socket;
 8 import com.heyang.ServerThread;;
 9 /*
10  * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
11  * 服务器端
12  */
13 public class Server {
14     public static void main(String[] args) {
15         try {
16             // 1、创建一个服务器Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
17             ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
18             // 2、调用()方法开始监听，等待客户端的连接
19             
20             // 记录客户端的数量
21             int count = 0;
22             System.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");
23             
24             while(true){
25                 // 调用accept()方法开始监听，等待客户端的链接
26                 Socket socket = serverSocket.accept();
27                 // 创建一个新的线程
28                 ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);
29                 // 启动线程·
30                 serverThread.start();
31                 
32                 count++;
33                 System.out.println("客户端连接的数量："+count+"个");
34                 
35                 // 获取客户端的IP地址等信息
36                 InetAddress address = socket.getInetAddress();
37                 System.out.println("当前客户端的IP:"+address.getHostAddress());
38                 
39             }
40             
41             // 需要死循环持续监听客户端的信息发送
42 //            serverSocket.close();
43             
44         } catch (IOException e) {
45             // TODO Auto-generated catch block
46             e.printStackTrace();
47         }
48     }
49 }

服务器线程代码：

 1 package com.heyang;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStream;
 6 import java.io.InputStreamReader;
 7 import java.io.OutputStream;
 8 import java.io.PrintWriter;
 9 import java.net.Socket;
10 
11 /*
12  * 服务器端 线程处理类 
13  */
14 public class ServerThread extends Thread {
15     // 创建和本线程相关的socket
16     Socket socket = null;
17     
18     public ServerThread(Socket socket){
19         this.socket = socket;
20     }
21     
22     // 指向线程的操作，响应服务器端的请求
23     public void run(){
24         
25         InputStream is = null;
26         InputStreamReader isr = null;
27         BufferedReader br = null;
28         OutputStream os = null;
29         PrintWriter pw = null;
30         try {
31             // 3、获取输入流，病读取客户端信息
32             is = socket.getInputStream();// 字节输入流
33             // 将字节流转换为字符流
34             isr = new InputStreamReader(is);
35             // 为输入流添加缓冲
36             br = new BufferedReader(isr);
37             String info = null;
38             while ((info = br.readLine()) != null) {
39                 System.out.println("我是服务器，读取客户端发过来的信息：" + info);
40             }
41             socket.shutdownInput();//关闭输入流
42 
43             // 获取输出流
44             os = socket.getOutputStream();
45             pw = new PrintWriter(os);
46             pw.write("欢迎您！");
47             pw.flush();//调用flush()方法将缓冲输出
48         } catch (Exception e) {
49             // TODO: handle exception
50         }finally{
51             try {
52                 // 5、关闭资源
53                 if (pw != null) {
54                     pw.close();
55                 }
56                 if (os != null) {
57                     os.close();
58                 }
59                 if (br != null) {
60                     br.close();
61                 }
62                 if (isr != null) {
63                     isr.close();
64                 }
65                 if (is != null) {
66                     is.close();
67                 }
68                 if (socket != null) {
69                     socket.close();
70                 } 
71             } catch (IOException e2) {
72                 // TODO: handle exception
73             }
74         }
75         
76         
77     }
78     
79 }

客户端代码：

 1 package com.heyang;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStream;
 6 import java.io.InputStreamReader;
 7 import java.io.OutputStream;
 8 import java.io.PrintWriter;
 9 import java.net.Socket;
10 import java.net.UnknownHostException;
11 
12 /*
13  * 客户端
14  */
15 public class Client {
16     public static void main(String[] args) {
17         // 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
18         try {
19             Socket  socket = new Socket("localhost", 8888);
20             // 2、获取输出流，向服务器端发送信息
21             OutputStream os = socket.getOutputStream();// 获取字节输出流
22             // 将输出流包装为打印流
23             PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
24             pw.write("用户名:admin 密码:123");
25             pw.flush();
26             socket.shutdownOutput();//关闭输出流
27             
28             // 3、获取输入流，并读取服务器端的响应信息
29             InputStream is = socket.getInputStream();
30             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
31             String info = null;
32             while((info = br.readLine())!=null){
33                 System.out.println("我是客户端，服务器跟我说："+info);
34             }
35             
36             // 4、关闭资源
37             br.close();
38             is.close();
39             pw.close();
40             os.close();
41             socket.close();
42             
43         } catch (UnknownHostException e) {
44             // TODO Auto-generated catch block
45             e.printStackTrace();
46         } catch (IOException e) {
47             // TODO Auto-generated catch block
48             e.printStackTrace();
49         }
50     }
51 }

运行结果不展示。

5、UDP编程

UDP协议（用户数据报协议）是无连接、不可靠的、无序的。

特点：传输速度相对比较快

UDP协议以数据报作为数据传输的载体

进行数据传输时，首先需要将要传输的数据定义成数据报（Datagram），在数据报中指明数据所要达到的Socket（主机地址和端口号），然后在将数据报发送出去。