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Java Socket编程(理论)

YuanyuanL
 YuanyuanL
发布于 2015/08/20 10:34
字数 2994
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socket chat: http://www.cn-java.com/download/data/book/socket_chat.pdf


一、网络编程中的两个问题:

      1.找到指定主机:IP层负责网络主机的定位;

      2.可靠高效的传输数据:TCP层提供面向应用的可靠(TCP)和非可靠(UDP)的数据传输机制。

二、目前流行的网络编程模式: 客户端/服务器(C/S)模式。

     在C/S模式中,通信一方作为服务器,等待客户端提出请求并予以响应。(服务器端通常作为守护进程,始终运行,监听网络端口,随时作出响应);通信另一方作为客户端,在需要服务时向服务器发出请求。

三、两类传输协议:TCP和UDP

      TCPTranfer Control Protocol),是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个socket(通常都是server socket)等待建立连接时,另一个socket可以要求进行连接,一旦这两个socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送或接收操作。

      UDP(User Datagram Protocol),是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

  比较:

  UDP1,每个数据报中都给出了完整的地址信息,因此无需要建立发送方和接收方的连接

            2UDP传输数据时是大小限制的,每个被传输的数据报必须限定在64KB之内

          3UDP是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。

  TCP1,面向连接的协议,在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接,所以在TCP中需要连接时间。

          2TCP传输数据大小限制,一旦连接建立起来,双方的socket就可以按统一的格式传输大的数据。

               3TCP是一个可靠的协议,它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

  应用:

     TCP在网络通信上有极强的生命力,例如远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此TCP传输的效率不如UDP

     2UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

四、基于Socketjava网络编程

1,什么是Socket

    Socket是应用与TCP/IP协议簇通信的中间软件抽象层,是一组接口。Socket把复杂的TCP/IP协议隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定协议。

 网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个SocketSocket通常用来实现客户方和服务方的连接。SocketTCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。

 但是,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下,Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

2Socket通讯的过程

    ServerListen(监听)某个端口是否有连接请求,Client端向Server端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client端都可以通过SendWrite等方法与对方通信。

 对于一个功能齐全的Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤:

  (1 创建Socket

  (2 打开连接到Socket的输入/出流;

  (3 按照一定的协议对Socket进行读/写操作;

  (4 关闭Socket.(在实际应用中,并未使用到显示的close,虽然很多文章都推荐如此,不过在我的程序中,可能因为程序本身比较简单,要求不高,所以并未造成什么影响。)

3,创建Socket

java在包java.net中提供了两个类SocketServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下:

    Socket(InetAddress address, int port);
  Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);
  Socket(String host, int prot);
  Socket(String host, int prot, boolean stream);
  Socket(SocketImpl impl)
  Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
  Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
  
  ServerSocket(int port);
  ServerSocket(int port, int backlog);
  ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
  
   参数说明:
  address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端口号,
   stream指明socket是流socket还是数据报socket,
   localPort表示本地主机的端口号,localAddr和 bindAddr是本地机器的地址(ServerSocket的主机地址),
   impl是socket的父类,既可以用来创建serverSocket又可 以用来创建Socket。
   count则表示服务端所能支持的最大连接数。

   例如:学习视频网 http://www.xxspw.com

  Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
  ServerSocket server = new ServerSocket(80);

  注意,在选择端口时,必须小心。每一个端口提供一种特定的服务,只有给出正确的端口,才 能获得相应的服。0~1023的端口号为系统所保留,例如http服务的端口号为80, telnet服务的端口号为21, ftp服务的端口号为23所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。

  在创建socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建SocketServerSocket是必须捕获或抛出例外

五、Socket基本C/S程序

  import java.io.*;
  import java.net.*;
  public class TalkClient {
    public static void main(String args[]) 
    {
      try{
        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);
        //向本机的4700端口发出客户请求
        BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
        PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
        //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
        BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
        String readline;
        readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
        while(!readline.equals("bye"))
        {
           //若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环
          os.println(readline);
          //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
          os.flush();
          //刷新输出流,使Server马上收到该字符串
          System.out.println("Client:"+readline);
          //在系统标准输出上打印读入的字符串
          System.out.println("Server:"+is.readLine());
          //从Server读入一字符串,并打印到标准输出上
          readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
        } //继续循环
        os.close(); //关闭Socket输出流
        is.close(); //关闭Socket输入流
        socket.close(); //关闭Socket
      }catch(Exception e) 
      {
        System.out.println("Error"+e); //出错,则打印出错信息
      }
  }
}
  import java.io.*;
  import java.net.*;
  import java.applet.Applet;
  public class TalkServer{
    public static void main(String args[]) 
    {
      try{
        ServerSocket server=null;
        try
        {
          server=new ServerSocket(4700);
            //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
        }catch(Exception e) 
        {
          System.out.println("can not listen to:"+e);
            //出错,打印出错信息
        }
        Socket socket=null;
        try{
          socket=server.accept();
          //使用accept()阻塞等待客户请求,有客户
          //请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行
        }catch(Exception e) {
          System.out.println("Error."+e);
          //出错,打印出错信息
        }
        String line;
        BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
         //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
        PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
         //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
        BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
         //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
        System.out.println("Client:"+is.readLine());
        //在标准输出上打印从客户端读入的字符串
        line=sin.readLine();
        //从标准输入读入一字符串
        while(!line.equals("bye"))
        {
           //如果该字符串为 "bye",则停止循环
          os.println(line);
          //向客户端输出该字符串
          os.flush();
          //刷新输出流,使Client马上收到该字符串
          System.out.println("Server:"+line);
          //在系统标准输出上打印读入的字符串
          System.out.println("Client:"+is.readLine());
          //从Client读入一字符串,并打印到标准输出上
          line=sin.readLine();
          //从系统标准输入读入一字符串
        }  //继续循环
        os.close(); //关闭Socket输出流
        is.close(); //关闭Socket输入流
        socket.close(); //关闭Socket
        server.close(); //关闭ServerSocket
      }catch(Exception e){
        System.out.println("Error:"+e);
        //出错,打印出错信息
      }
    }
  }

6,支持多客户的C/S程序

  前面的Client/Server程序只能实现Server和一个客户的对话。在实际应用 中,往往是在服务器上运行一个永久的程序,它可以接收来自其他多个客户端的请求,提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能,需要对上面的程序进行改造,利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求,一旦监听到客户请求,服务器就会启动一个专门的服务线程来响 应该客户的请求,而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态,等待下一个客户的到来。

 代码示例1:(服务端可以接受多个客户端发送的消息)

  
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TalkServer
{
    public static void main(String args[])
    {
       new TalkServer();
    }
    private List<Socket> connectedSockets = new ArrayList();
    public TalkServer()
    {
        int port = 4700;
        try
        {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);            
            System.out.println("服务已启动,端口号" + port);
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
            Socket socket;
            while (true)
            {
                socket = serverSocket.accept();
                String connectedMsg = "端口号" + socket.getPort() + " 已连接";
                System.out.println(connectedMsg);
                dispatchMessage(connectedMsg);
                connectedSockets.add(socket);
                executorService.execute(new ServerThread(socket));
            }                             
        } catch (IOException e)
        {
            System.out.println("Error:" + e); 
        }
    }
    public void dispatchMessage(String msg)
    {
        DataOutputStream dos;
        for (Socket soc : connectedSockets)
        {
            try
            {
                dos = new DataOutputStream(soc.getOutputStream());
                dos.writeUTF(msg);
            } catch (IOException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
        }   
    }   
    class ServerThread extends Thread
    {
        private Socket socket;
        private DataInputStream in;
        public ServerThread(Socket socket)
        {
            this.socket = socket;
            try
            {
                in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            } catch (IOException e)
            {
                System.err.println(e.getMessage());
            }
        }
        @Override
        public void run()
        {
            this.socket = socket;
            try
            {
                String str;
                while ((str = in.readUTF()) != null)
                {
                    str = socket.getPort() + "说:" + str;
                    System.out.println(str);
                    dispatchMessage(str);
                }
            } catch (IOException e)
            {
                System.err.println("Port " + socket.getPort() + " 已断开连接");
                connectedSockets.remove(socket);
                closeSocket();
            }
        }
        private void closeSocket()
        {
            if (in != null)
            {
                try
                {
                    in.close();
                } catch (IOException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (socket != null)
            {
                try
                {
                    socket.close();
                } catch (IOException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TalkClient
{
    public static void main(String args[])
    {
        new TalkClient();
    }
    public TalkClient()
    {
        try
        {
            //向本机的4700端口发出客户请求  
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4700);
            //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象  
            BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象  
            DataOutputStream os = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            String message;
            while ((message = sin.readLine()) != null)
            {
                System.out.println("I wrote: " + message);
                os.writeUTF(message);
            }
            //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
            //DataInputStream is = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            //String inMsg;
            //while ((inMsg = is.readUTF()) != null)
            //{
            //    System.out.println(inMsg);
            //}
        } catch (IOException e)
        {
            System.out.println("Error" + e); //出错,则打印出错信息
        }
    }
}

代码示例2:(多个客户端和服务器可以互相发送消息)

    代码参考: http://my.oschina.net/liuyuanyuangogo/blog/496262

7.客户端与服务器端之间的文件传输

客户端向服务器端传送文件,服务端可获取文件名用于保存,获取文件大小计算传输进度,比较简单,直接贴代码。

 8.一般的即时通讯都是通过Socket实现的,连接稳定时通常使用UDP传输。

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