深入学习socket网络编程，以java语言为例

了解java的socket编程与Linux Socket API之间的关系

一、java的网络编程

1、socket原理

 socket通信就是通过IP和端口号将两台主机建立连接，提供通信。主机A的应用程序要能和服务器B进行通信，必须通过Socket建立连接，而建立Socket连接本质上就是依靠TCP/IP协议来建立TCP连接。TCP协议是传输层协议，建立TCP连接还需要用到底层的各种协议的服务，其中最主要的是依靠IP协议来寻找网络中的主机。处于网络层的IP协议可以通过IP地址找到所要寻找的目标主机，但是一台主机可能运行着多个应用程序，我们必须指定TCP或UDP的地址（端口号）的确定端口号，因此一个Socket实例唯一代表一个主机上的应用程序的通信链路。

2、java socket的底层实现

Java socket服务器的建立步骤如下：

 1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
 2.使用ServerSocket对象中的accept() 获取请求的客户端对象socket
 3.使用socket对象中的方法getInputStream获取网络字节输入流对象InputStream
 4.使用网络字节输入流对象InputStream的read方法，读取客户端发送的数据
  5.使用socket对象中的方法getOutputStream获取网络字节输出流对象OutputStream
  6.使用网络字节输出流对象OutputStream中的方法write()，向客户端回写数据
  7.释放资源，关闭socket和ServerSocket
底层实现主要是调用系统api，具体关系如下：（底层实现参考一个在csdn的大佬写的东西 https://blog.csdn.net/vipshop_fin_dev/article/details/102966081，写得真的很好！）

Java socket客户端的建立步骤和服务器的类似，从java的角度看，使用了socket对象绑定服务器，再通过socket对象获取网络流进行数据的读写；底层实现肯定是通过jvm去调用linux底层api。
以下是用Java创建client的步骤：

1.创建一个客户端对象socket，构造方法绑定服务器的ip和端口号
2.使用socket对象中的方法getOutputStream获取网络字节输出流对象OutputStream
3.使用网络字节输出流对象OutputStream中的方法write()，向服务器发送数据
4.使用socket对象中的方法getInputStream获取网络字节输入流对象InputStream
5.使用网络字节输入流对象InputStream的read方法，读取服务器回写的数据
6.释放资源，关闭socket

3、Java实现简单网络编程

先实现一个服务端，服务端必须先起来，客户端才能访问。

package net.socket;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * Created by wenjun 
 * tcp通信的服务器端：接收客户端的请求，读取客户端发送的数据，给客户端回写数据
 * 表示服务器的类：
 * public class ServerSocket extends Object此类实现服务器套接字
 *
 * 构造方法：
 *    ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
 *    服务器必须明确一件事情，必须指导是哪个客户端请求的服务器
 *    所以可以使用
 *    Socket accept() 侦听并接受到此套接字的连接。
 *
 *  29  */

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket sever=new ServerSocket(8888);
        Socket socket= sever.accept();
        InputStream is = socket.getInputStream();

        byte[]bytes=new byte[1024];
        int len=0;
        while ((len=is.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }

        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hi,client!".getBytes());


        sever.close();
        socket.close();

    }
}

再实现一个客户端，指定ip和端口号，可以访问服务端

package net.socket;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * Created by wenjun 
 * tcp通信的客户端：向服务器发送连接请求，给服务器发送数据，读取服务器回写的数据
 * 表示客户端的类：
 * java.net.Socket:此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”），套接字是两台机器间通信的端点
 * 套接字：ip+端口号
 *
 * 构造方法：
 *   public Socket(String host,int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
 *   参数：
 *   String host：服务器主机的名称/ip地址
 *   int port：服务器的端口号
 *
 *   成员方法：
 *   public OutputStream getOutputStream()  返回此套接字的输出流。
 *                              throws IOException
 *
 *
 *   public InputStream getInputStream()  返回此套接字的输入流。
 *                            throws IOException
 *
 *   void close() 关闭此套接字
38  *
 *   注意：
 *   1.客户端与服务器进行交互，必须使用socket中提供的网络流，不能使用自己创建的流对象
 *   2.当我们创建客户端对象socket的时候，就会请求服务器和服务器进行3次握手及案例连接
 *      这时如果服务器没有启动，那么就会抛出异常  ConnectException: Connection refused: connect
 *      如果服务器已经启动，就可以进行交互了
 */

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

      Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8888);
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello，server".getBytes());
        socket.shutdownOutput();

        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte []bytes=new byte[1024];
        int len=0;
        while ((len=is.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));

        }
        socket.close();

    }

}

实验结果：

服务器收到客户端访问,输入的数据：

 

 客户端收到服务器的回写数据：

二、linux socket的api接口，linux提供socket的API函数很丰富，包括了sockket的创建和关闭、连接的建立和释放、数据的收发等接接口：
socket　创建套接字
connect　建立连接
bind　绑定本机端口
listen　监听端口
accept　接受连接
recv, recvfrom　数据接收
send, sendto　数据发送
close, shutdown　关闭套接字

三、总结

这次实验我用Java实现了socket连接，但是这都是很基础的东西，而对于linux底层的tcp实现原理还只是看了大佬的博客了解了理论上的原理，没能自己代码实现。在这次的实验中，也确实学到了很多东西，linux系统提供丰富的api，java的net包封装了对系统接口的调用，javac将java文件编译为.class文件在jvm上运行的时候，jvm会请求系统调用，调用系统的socketAPI，进行socket的建立、绑定，再进行进一步的通讯。之前用这个的时候确实没有想那么多，所以以后的学习中应该更加注意底层原理的学习，不能只是知道怎么用，而不清楚实现的原理。

1、api接口

[1,Api jiēkǒu]

1, api Interface