Java网络编程socket

一、UDP

特点：

 ① 用户数据报协议（User Datagram Protocol）

​ ② UDP是面向无连接通信协议

 ​③ 速度快，一次只能传输64KB数据，数据不安全，容易丢失

（1）单播

    一对一

    客户端：

1. 定义socket
2. 封装数据报
3. 发送到目标主机

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;public class UDPClient {public static void main(String[] args)throws SocketException, IOException {//  1.创建DatagramSocketDatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(60001);//  2.封装要传输的数据String content = "hello";InetAddress targetHost = InetAddress.getLocalHost();int targetPort = 8080;DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(content.getBytes(), content.length(), targetHost, targetPort);//  3.发送数据datagramSocket.send(datagramPacket);}
}

服务端：

1. 定义socket
2. 定义接收数据报的DatagramPacket
3. 接收数据报
4. 解析数据报

import java.io.IOException;
import java.net.*;public class UDPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.定义数据报socketDatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(8080);//  2.定义接收数据报的对象byte[] receiveContent = new byte[1024 * 64];    //  UDP一次最多只能传输64KBDatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(receiveContent, receiveContent.length);while (true) {//  3.接收数据报（阻塞等待）datagramSocket.receive(datagramPacket);//  4.解析数据报byte[] data = datagramPacket.getData();int length = datagramPacket.getLength();InetAddress address = datagramPacket.getAddress();SocketAddress socketAddress = datagramPacket.getSocketAddress();int port = datagramPacket.getPort();System.out.println("data: " + new String(data, 0, length));System.out.println("length: " + length);System.out.println("ip port:" + address + " " + port);System.out.println("socketAddress: " + socketAddress);System.out.println(receiveContent == data);}}
}

（2）组播

   ​ 给一组电脑发消息

   ​ 组播地址：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

​    其中224.0.0.0 ~ 224.0.0.255为预留的组播地址

​    客户端：

1. 创建组播socket（MulticastSocket）
2. 封装数据报文（ip填写组ip）
3. 发送报文

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建组播socketMulticastSocket ms = new MulticastSocket(60001);//  2.封装数据报文byte[] data = new byte[64 * 1024];InetAddress targetHost = InetAddress.getByName("224.0.0.1");  //  组地址DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, targetHost, 8080);String content = "hello";dp.setData(content.getBytes(), 0, content.length());//  3.发送报文ms.send(dp);}
}

服务端

1. 创建组播socket（MulticastSocket）
2. 将当前服务加入到指定ip组
3. 创建接收数据的报文对象DatagramPacket
4. 等待接收客户端发来的数据
5. 解析报文

import java.io.IOException;
import java.net.*;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建组播socketMulticastSocket ms = new MulticastSocket(8080);//  2.给当前服务加入组ms.joinGroup(InetAddress.getByName("224.0.0.1"));//  3.创建接收数据的报文byte[] data = new byte[64 * 1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length);while (true) {//  4.接收数据ms.receive(dp);//  5.解析数据SocketAddress socketAddress = dp.getSocketAddress();int length = dp.getLength();int offset = dp.getOffset();System.out.println(socketAddress + ": " + new String(data, offset, length));}}
}

（3）广播

   向局域网下所有的服务发送报文

   只需要将单播的发送ip改为255.255.255.255就可以了

   客户端

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
/*广播*/
public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建socketDatagramSocket ds = new DatagramSocket(60001);//  2.封装数据报byte[] data = new byte[64 * 1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("255.255.255.255"), 8080);String content = "hello";dp.setData(content.getBytes(), 0, content.length());//  3.发送数据报ds.send(dp);}
}

服务端

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketAddress;
import java.net.SocketException;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建socketDatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080);//  2.创建接收数据的报文byte[] data = new byte[64 * 1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length);while (true) {//  3.接收数据ds.receive(dp);//  4.解析报文SocketAddress socketAddress = dp.getSocketAddress();int length = dp.getLength();int offset = dp.getOffset();System.out.println(socketAddress + ": " + new String(data, offset, length));}}
}

二、TCP

TCP是一种可靠的通信协议，在通信的两端各建立一个Socket对象，通信之前连接已经建立，数据是通过IO流进行网络传输的

特点：

​  1. 传输控制协议（Transmission Control Protocol）

  2. TCP协议是面向连接的协议

​  3. 速度慢，没有限制，数据安全

（1）简单通信

   客户端

1. 创建socket建立连接
2. 通过IO流通道进行网络传输

import java.io.*;
import java.net.Socket;public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建socket，与服务端建立连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);//  2.获取输入输出流//      获取输出流PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);//      获取输入流BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));//  3.通过输出流发送数据String data = "hello";out.println(data);//  4.通过输入流等待服务端回应String res = in.readLine();System.out.println("回应：" + res);}
}

服务端

1. 创建ServerSocket，监听指定端口
2. 等待与客户端建立连接
3. 通过输入流读取客户端传递的数据，通过输出流给客户端响应

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建server socketServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);//  2.等待客户端建立连接Socket accept = serverSocket.accept();//  3.获取输入输出流BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(accept.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(accept.getOutputStream(), true);while (true) {//  4.等待客户端的数据String msg = in.readLine();System.out.println(msg);//  5.通过输出流给客户端响应out.println("好的，我收到了");}}
}

（2）聊天室案例

   客户端

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class ChatClient {private static final Scanner sc = new Scanner(System.in);;public static void main(String[] args) throws IOException {//  输入用户名System.out.print("请输入你的聊天名称：");String user = sc.next();//  建立socket连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);//  通过输出流注册用户PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);out.println(user);//  开启一个线程接收服务端发来的消息Thread serverThread = new Thread(() -> {//  获取输入流try {BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));//  读取传来的消息while (true) {//  通过输入流读取客户端传递的数据String msg = br.readLine();if (msg == null || msg.trim().equals("")) {continue;}//  打印在控制台System.out.println("\n"+ msg);System.out.print("\n"+ user + ": ");}} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}});serverThread.start();//  与用户交互的控制台while (true) {System.out.print("\n" + user + ": ");//  获取用户的输入消息String msg = sc.nextLine();if (msg == null || msg.trim().equals("")) {continue;}//  发送给服务端out.println(msg);}}
}

服务端

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class ChatRoomServer {private static final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(16);public static void main(String[] args) throws IOException {//  创建ServerSocket监听10000端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10000);//  存储所有的socketVector<Socket> sockets = new Vector<>();ConcurrentHashMap<String, Socket> socketMap = new ConcurrentHashMap<>();System.out.println("===============聊天室服务端创建完毕==============");//  一直等待客户端来建立连接while (true) {//  等待客户端建立连接Socket socket = serverSocket.accept();//  将建立好连接的客户端交给线程池去执行聊天任务executorService.submit(() -> {String user = null;try {//  字节流作为字符流读取BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));//  输出流PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream());//  读取用户名称user = br.readLine();//  用户已经存在if (socketMap.contains(user)) {out.printf("用户'%s'已经存在!", user);socket.close();return;}//  添加用户进入聊天室sockets.add(socket);socketMap.put(user, socket);//  告诉所有用户来新人了String notify = LocalDateTime.now() + ": 来新人了!!!欢迎小伙伴【" + user + "】";System.out.println(notify);//  将消息同步给其他用户for (Socket soc : sockets) {//  自己发的消息，不用通知自己if (soc == socket) {continue;}PrintWriter printWriter = new PrintWriter(soc.getOutputStream(), true);printWriter.println(notify);}//  循环等待读取用户消息while (true) {//  等待用户发来消息String content = br.readLine();if (content == null || content.trim().equals("")) {continue;}String msg = user + ": " + content;System.out.println(msg);//  将消息发送给其他人for (Socket soc : sockets) {if (soc == socket) {continue;}PrintWriter printWriter = new PrintWriter(soc.getOutputStream(), true);printWriter.println(msg);}}} catch (IOException e) {//  出现异常，将用户踢出sockets.remove(socket);if (user != null) {socketMap.remove(user);System.out.printf("用户'%s'退出聊天室", user);}throw new RuntimeException(e);}});}}
}

tcp三次握手（保证连接的建立）

1. 客户端向服务端发出连接请求（SYN），等待服务器确认
2. 服务端响应给客户端（ACK，SYN）代表接收到请求并询问客户端
3. 客户端向服务端确认信息（ACK），连接建立

tcp四次挥手（确保连接断开，且数据处理完毕）

1. 客户端向服务器发送断开连接的请求
2. 服务端向客户端响应，表示收到了客户端的取消请求，然后处理剩余数据
3. 服务端向客户端确认取消
4. 客户端发送确认消息，连接取消

三、拓展

IP地址

IPv4
        ① 32位长度，分为4组，比如192.168.1.101，总共不到43亿个IP
        ② 利用局域网分配IP缓解IP不够用的问题
        ③ 向127.0.0.1发送数据不会经过路由器，如果192.168.1.100是当前电脑的IP，向这个地址发送数据会经过路由器

IPv6
        ① 128位，16位为一组，共分为8组，冒分十六进制表示法
如：2001:0DB8:0000:0023:0008:0008:200C:417A，省略无效的0 -> 2001:DB8:0:23:8:8:200C:417A
        ② 特殊情况：如果计算出的16进制表示形式中间有多个连续的0，则会进行0位压缩，
如：FF01:0:0:0:0:0:0:1101 -> FF01::1101

常见软件架构：

C/S：Client/Server（客服端/服务端）

1. 在用户本地需要下载并安装客户端程序，远程有一个服务端程序
2. 软件更新比较麻烦，需要客户端下载资源

B/S：Browser/Server（浏览器/服务端）

1. 只需要浏览器访问不同网址就可以访问不同服务器
2. 访问即可使用，但是不适合大型游戏，因为资源的临时加载的，所以比较耗时