Java网络编程1-网路编程基础（socket编程）

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

java

一、网络编程概念

网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口，来专注于解决问题，而不用关注通信细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

  • TCP：TCP 是传输控制协议的缩写，它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。

  • UDP：UDP 是用户数据报协议的缩写，一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

本教程主要讲解以下两个主题。

  • Socket 编程：这是使用最广泛的网络概念，它已被解释地非常详细。

  • URL 处理：这部分会在另外的篇幅里讲，点击这里更详细地了解在 Java 语言中的 URL 处理。

二、Socket 编程

套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。

当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。

java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

  • 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。

  • 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。

  • 服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。

  • Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。

  • 在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，每一个socket都有一个输出流和一个输入流，客户端的输出流连接到服务器端的输入流，而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。

TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。

三、ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

ServerSocket 类有四个构造方法：

序号方法描述
1

public ServerSocket(int port) throws IOException
创建绑定到特定端口的服务器套接字。

2

public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。

3

public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException
使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

4

public ServerSocket() throws IOException
创建非绑定服务器套接字。

创建非绑定服务器套接字。 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常，就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口，并且侦听客户端请求。

这里有一些 ServerSocket 类的常用方法：

序号方法描述
1

public int getLocalPort()
  返回此套接字在其上侦听的端口。

2

public Socket accept() throws IOException
侦听并接受到此套接字的连接。

3

public void setSoTimeout(int timeout)
 通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。

4

public void bind(SocketAddress host, int backlog)
将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。

 四、Socket类

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ，而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

Socket 类有五个构造方法.

序号方法描述
1

public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException.
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。

2

public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException
创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。

3

public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。

4

public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。

5

public Socket()
通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

当 Socket 构造方法返回，并没有简单的实例化了一个 Socket 对象，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。

下面列出了一些感兴趣的方法，注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象，所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。

序号方法描述
1

public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException
将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。

2

public InetAddress getInetAddress()
 返回套接字连接的地址。

3

public int getPort()
返回此套接字连接到的远程端口。

4

public int getLocalPort()
返回此套接字绑定到的本地端口。

5

public SocketAddress getRemoteSocketAddress()
返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null。

6

public InputStream getInputStream() throws IOException
返回此套接字的输入流。

7

public OutputStream getOutputStream() throws IOException
返回此套接字的输出流。

8

public void close() throws IOException
关闭此套接字。

五、InetAddress类

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法：

序号方法描述
1

static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。

2

static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)
根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。

3

static InetAddress getByName(String host)
在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。

4

String getHostAddress() 
返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。

5

String getHostName() 
 获取此 IP 地址的主机名。

6

static InetAddress getLocalHost()
返回本地主机。

7

String toString()
将此 IP 地址转换为 String。

六、Socket服务端实例

如下的 GreetingClient 是一个客户端程序，该程序通过 socket 连接到服务器并发送一个请求，然后等待一个响应。

// 文件名 GreetingClient.java
import java.net.*;
import java.io.*;
public class GreetingClient
{
   public static void main(String [] args)
   {
      String serverName = args[0];
      int port = Integer.parseInt(args[1]);
      try
      {
         System.out.println("连接到主机：" + serverName + " ，端口号：" + port);
         Socket client = new Socket(serverName, port);
         System.out.println("远程主机地址：" + client.getRemoteSocketAddress());
         OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
         DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);
         out.writeUTF("Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
         InputStream inFromServer = client.getInputStream();
         DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
         System.out.println("服务器响应： " + in.readUTF());
         client.close();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

　　

七、Socket客户端实例

如下的GreetingServer 程序是一个服务器端应用程序，使用 Socket 来监听一个指定的端口。

// 文件名 GreetingServer.java
import java.net.*;
import java.io.*;
public class GreetingServer extends Thread
{
   private ServerSocket serverSocket;
   public GreetingServer(int port) throws IOException
   {
      serverSocket = new ServerSocket(port);
      serverSocket.setSoTimeout(10000);
   }
   public void run()
   {
      while(true)
      {
         try
         {
            System.out.println("等待远程连接，端口号为：" + serverSocket.getLocalPort() + "...");
            Socket server = serverSocket.accept();
            System.out.println("远程主机地址：" + server.getRemoteSocketAddress());
            DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream());
            System.out.println(in.readUTF());
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            out.writeUTF("谢谢连接我：" + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
            server.close();
         }catch(SocketTimeoutException s)
         {
            System.out.println("Socket timed out!");
            break;
         }catch(IOException e)
         {
            e.printStackTrace();
            break;
         }
      }
   }
   public static void main(String [] args)
   {
      int port = Integer.parseInt(args[0]);
      try
      {
         Thread t = new GreetingServer(port);
         t.run();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

八、示例结果

编译以上两个 java 文件代码，并执行以下命令来启动服务，使用端口号为 6066：

$ javac GreetingServer.java 
$ java GreetingServer 6066
等待远程连接，端口号为：6066...

　　

新开一个命令窗口，执行以上命令来开启客户端：

$ javac GreetingClient.java 
$ java GreetingClient localhost 6066
连接到主机：localhost ，端口号：6066
远程主机地址：localhost/127.0.0.1:6066
服务器响应： 谢谢连接我：/127.0.0.1:6066
Goodbye!

九、黄大佬的博客

https://blog.csdn.net/a724888/article/details/70313748

当前环境

  1. jdk == 1.8

知识点

  • socket 的连接处理

  • IO 输入、输出流的处理

  • 请求数据格式处理

  • 请求模型优化

场景

今天，和大家聊一下 JAVA 中的 socket 通信问题。这里采用最简单的一请求一响应模型为例，假设我们现在需要向 baidu 站点进行通信。我们用 JAVA 原生的 socket 该如何实现。

建立 socket 连接

首先，我们需要建立 socket 连接（核心代码）

import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
// 初始化 socket
Socket socket = new Socket();
// 初始化远程连接地址
SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port);
// 建立连接
socket.connect(remote);

处理 socket 输入输出流

成功建立 socket 连接后，我们就能获得它的输入输出流，通信的本质是对输入输出流的处理。通过输入流，读取网络连接上传来的数据，通过输出流，将本地的数据传出给远端。

socket 连接实际与处理文件流有点类似，都是在进行 IO 操作。

获取输入、输出流代码如下：

// 输入流
InputStream in = socket.getInputStream();
// 输出流
OutputStream out = socket.getOutputStream();

关于 IO 流的处理，我们一般会用相应的包装类来处理 IO 流，如果直接处理的话，我们需要对 byte[] 进行操作，而这是相对比较繁琐的。如果采用包装类，我们可以直接以string、int等类型进行处理，简化了 IO 字节操作。

下面以 BufferedReader 与 PrintWriter 作为输入输出的包装类进行处理。

// 获取 socket 输入流
private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException {
    InputStream in = socket.getInputStream();
    return new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
}
// 获取 socket 输出流
private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException {
    OutputStream out = socket.getOutputStream();
    return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out));
}

数据请求与响应

有了 socket 连接、IO 输入输出流，下面就该向发送请求数据，以及获取请求的响应结果。

因为有了 IO 包装类的支持，我们可以直接以字符串的格式进行传输，由包装类帮我们将数据装换成相应的字节流。

因为我们与 baidu 站点进行的是 HTTP 访问，所有我们不需要额外定义输出格式。采用标准的 HTTP 传输格式，就能进行请求响应了（某些特定的 RPC 框架，可能会有自定义的通信格式）。

请求的数据内容处理如下：

public class HttpUtil {
    public static String compositeRequest(String host){
        return "GET / HTTP/1.1\r\n" +
                "Host: " + host + "\r\n" +
                "User-Agent: curl/7.43.0\r\n" +
                "Accept: */*\r\n\r\n";
    }
}

发送请求数据代码如下：

// 发起请求
PrintWriter writer = getWriter(socket);
writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
writer.flush();

接收响应数据代码如下：

// 读取响应
String msg;
BufferedReader reader = getReader(socket);
while ((msg = reader.readLine()) != null){
    System.out.println(msg);
}

结果展示

至此，讲完了原生 socket 下的创建连接、发送请求与接收响应的所有核心代码。

完整代码如下：

  1.  

    import java.io.*;

  2.  

    import java.net.InetSocketAddress;

  3.  

    import java.net.Socket;

  4.  

    import java.net.SocketAddress;

  5.  

    import com.test.network.util.HttpUtil;

  6.  

     

  7.  

    public class SocketHttpClient {

  8.  

     

  9.  

    public void start(String host, int port) {

  10.  

     

  11.  

    // 初始化 socket

  12.  

    Socket socket = new Socket();

  13.  

     

  14.  

    try {

  15.  

    // 设置 socket 连接

  16.  

    SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port);

  17.  

    socket.setSoTimeout(5000);

  18.  

    socket.connect(remote);

  19.  

     

  20.  

    // 发起请求

  21.  

    PrintWriter writer = getWriter(socket);

  22.  

    System.out.println(HttpUtil.compositeRequest(host));

  23.  

    writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));

  24.  

    writer.flush();

  25.  

     

  26.  

    // 读取响应

  27.  

    String msg;

  28.  

    BufferedReader reader = getReader(socket);

  29.  

    while ((msg = reader.readLine()) != null){

  30.  

    System.out.println(msg);

  31.  

    }

  32.  

     

  33.  

    } catch (IOException e) {

  34.  

    e.printStackTrace();

  35.  

    } finally {

  36.  

    try {

  37.  

    socket.close();

  38.  

    } catch (IOException e) {

  39.  

    e.printStackTrace();

  40.  

    }

  41.  

    }

  42.  

     

  43.  

    }

  44.  

     

  45.  

    private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException {

  46.  

    InputStream in = socket.getInputStream();

  47.  

    return new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

  48.  

    }

  49.  

     

  50.  

    private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException {

  51.  

    OutputStream out = socket.getOutputStream();

  52.  

    return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out));

  53.  

    }

  54.  

     

  55.  

    }

下面，我们通过实例化一个客户端，来展示 socket 通信的结果。

public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        new SocketHttpClient().start("www.baidu.com", 80);
    }
}

结果输出：

请求模型优化

这种方式，虽然实现功能没什么问题。但是我们细看，发现在 IO 写入与读取过程，是发生了 IO 阻塞的情况。即：

  1.  

    // 会发生 IO 阻塞

  2.  

    writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));

  3.  

    reader.readLine();

所以如果要同时请求10个不同的站点，如下：

public class SingleThreadApplication {
    public static void main(String[] args) {
		// HttpConstant.HOSTS 为 站点集合
        for (String host: HttpConstant.HOSTS) {
            new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
        }
    }
}

它一定是第一个请求响应结束后，才会发起下一个站点处理。

这在服务端更明显，虽然这里的代码是客户端连接，但是具体的操作和服务端是差不多的。请求只能一个个串行处理，这在响应时间上肯定不能达标。

  • 多线程处理

有人觉得这根本不是问题，JAVA 是多线程的编程语言。对于这种情况，采用多线程的模型再合适不过。

public class MultiThreadApplication {
    public static void main(String[] args) {
        for (final String host: HttpConstant.HOSTS) {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
                }
            });
            t.start();
        }
    }
}

　　

这种方式起初看起来挺有用的，但并发量一大，应用会起很多的线程。都知道，在服务器上，每一个线程实际都会占据一个文件句柄。而服务器上的句柄数是有限的，而且大量的线程，造成的线程间切换的消耗也会相当的大。所以这种方式在并发量大的场景下，一定是承载不住的。

  • 多线程 + 线程池 处理

既然线程太多不行，那我们控制一下线程创建的数目不就行了。只启动固定的线程数来进行 socket 处理，既利用了多线程的处理，又控制了系统的资源消耗。

public class ThreadPoolApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(8);
        for (final String host: HttpConstant.HOSTS) {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
                }
            });
            executorService.submit(t);
            new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
        }
    }
}

关于启动的线程数，一般 CPU 密集型会设置在 N+1（N为CPU核数），IO 密集型设置在 2N + 1。

这种方式，看起来是最优的了。那有没有更好的呢，如果一个线程能同时处理多个 socket 连接，并且在每个 socket 输入输出数据没有准备好的情况下，不进行阻塞，那是不是更优呢。这种技术叫做“IO多路复用”。在 JAVA 的 nio 包中，提供了相应的实现。

补充1：TCP客户端与服务端

public class TCP客户端 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Socket s = new Socket("127.0.0.1",1234);
                    //构建IO
                    InputStream is = s.getInputStream();
                    OutputStream os = s.getOutputStream();
                    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
                    //向服务器端发送一条消息
                    bw.write("测试客户端和服务器通信，服务器接收到消息返回到客户端\n");
                    bw.flush();
                    //读取服务器返回的消息
                    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
                    String mess = br.readLine();
                    System.out.println("服务器："+mess);
                } catch (UnknownHostException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

public class TCP服务端 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    ServerSocket ss = new ServerSocket(1234);
                    while (true) {
                        System.out.println("启动服务器....");
                        Socket s = ss.accept();
                        System.out.println("客户端:" + s.getInetAddress().getLocalHost() + "已连接到服务器");
                        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
                        //读取客户端发送来的消息
                        String mess = br.readLine();
                        System.out.println("客户端：" + mess);
                        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
                        bw.write(mess + "\n");
                        bw.flush();
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

补充2：UDP客户端和服务端

public class UDP客户端 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                byte []arr = "Hello Server".getBytes();
                try {
                    InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
                    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
                    DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(arr, arr.length, inetAddress, 1234);
                    datagramSocket.send(datagramPacket);
                    System.out.println("send end");
                } catch (UnknownHostException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (SocketException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

public class UDP服务端 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(1234);
                    byte[] buffer = new byte[1024];
                    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
                    datagramSocket.receive(packet);
                    System.out.println("server recv");
                    String msg = new String(packet.getData(), "utf-8");
                    System.out.println(msg);
                } catch (SocketException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

以上是 Java网络编程1-网路编程基础（socket编程） 的全部内容， 来源链接： utcz.com/z/392739.html

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