网络编程套接字

一、前言

在本文中，会介绍一些关于网络编程的基础知识
Socket的一些api
会在文章末尾运用所讲知识做一个基于网络的回显的代码

为什么需要网络编程？

当你打开CSDN看到这篇文章时，实质上是通过网络来获取一个文本资源、图片资源等等

和本地硬盘上打开一个文本一样，只不过这个文本资源是来自于网络。
和本地资源来说，网络提供了更多更丰富的资源。

所谓的网络资源，就是在网络中可以获取到的各种资源。
而所有的网络资源，都是通过网络编程来传输的。

二、网络编程是什么？

网络编程，是指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式来实现网络传输（实现网络数据传输）

这里只需要满足不同进程就可以，因为在大多数的情况下，都是在同一个主机上，通过网络编程来传输数据。

三、网络编程的基本概念

3.1发送端和接收端

在⼀次⽹络数据传输时：
发送端： 数据的发送⽅进程，称为发送端。发送端主机即⽹络通信中的源主机。
接收端： 数据的接收⽅进程，称为接收端。接收端主机即⽹络通信中的⽬的主机。
收发端： 发送端和接收端两端，也简称为收发端。

注意：发送端和接收端是相对的，只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念。

3.2请求和响应

一般来说，获取一个网络资源，一般需要两次网络数据传输。

• 第一次：请求数据的发送
• 第二次：响应数据的发送
  

3.3服务器和客户端

服务端： 在网络传输中，提供服务的一方进程，成为服务端。也可以向外提供服务
客户端： 获取服务的一方进程，称为客户端。

• 客户端获取服务资源!

• 客户端保存资源在服务端
  

四、常见的服务端客户端模型

一般来说，网络数据的传输的过程如下

• 客户端：输入请求，将请求发送到服务端
• 服务端：接收请求，分析请求内容
• 服务端：根据请求内容执行响应的业务
• 服务端：将执行业务的结果作为响应返回给客户端
• 客户端：根据服务端的响应，将响应展示出来

五、Socket套接字

5.1概念

Socket套接字，是由系统提供⽤于⽹络通信的技术，是基于TCP/IP协议的⽹络通信的基本操作单元。

基于Socket套接字的⽹络程序开发就是⽹络编程。

5.2分类

Socket套接字主要针对传输层协议分为三类：

1. 流套接字
   流套接字： 使用传输层Tcp协议
   TCP，即Transmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议。
   下一位Tcp的特点

• 有连接
• 可靠传输
• 面向字节流
• 有接收缓冲区，也有发送缓冲区
• 大小不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于IO流，流式数据的特征就是在IO流没有关闭的情况下，是⽆边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。
2. 数据报套接字
数据报套接字： 使⽤传输层UDP协议
UDP，即User Datagram Protocol（⽤⼾数据报协议），传输层协议。
以下为UDP的特点：

• 无连接
• 不可靠传输
• 面向数据报
• 有接收缓冲区，无发送缓冲区
• 大小受限：一次最多传输64K

对于数据报来说，可以简单的理解为，传输数据是⼀块⼀块的，发送⼀块数据假如100个字节，必须⼀次发送，接收也必须⼀次接收100个字节，⽽不能分100次，每次接收1个字节。
3. 原始套接字

原始套接字⽤于⾃定义传输层协议，⽤于读写内核没有处理的IP协议数据。

六、数据报套接字通信模型

对于UDP协议来说，具有⽆连接，⾯向数据报的特征，即每次都是没有建⽴连接，并且⼀次发送全部数据报，⼀次接收全部的数据报。

java中使⽤UDP协议通信，主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字，并使⽤DatagramPacket 作为发送或接收的UDP数据报。对于⼀次发送及接收UDP数据报的流程如下：

七、Java流套接字通信模型

八、UDP数据报套接字

API介绍

DatagramSocket
DatagramSocket 是UDP Socket，⽤于发送和接收UDP数据报。

DatagramSocket ⽅法：

DatagramPacket
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
DatagramPacket 构造⽅法：

DatagramPacket ⽅法：

构造UDP发送的数据报时，需要传⼊ SocketAddress ，该对象可以使⽤ InetSocketAddress来创建。

InetSocketAddress
InetSocketAddress （ SocketAddress 的⼦类 ）构造⽅法：

利用UDP数据报创建一个回显客户端和服务器

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;
    private int serverPort;
    public UdpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动！！！");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.println("请输入你的请求！！！");
            String request = scanner.next();

            //打包成数据包 通过网卡发送到服务端
            DatagramPacket requestPackage = new DatagramPacket(request.getBytes(),0,request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPackage);

            DatagramPacket responsePackage = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePackage);

            String response = new String(responsePackage.getData(),0,responsePackage.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        client.start();
    }

public abstract class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！！！");
        //接收请求
        while (true){
            DatagramPacket requestPackage = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestPackage);

            //处理请求
            String request = new String(requestPackage.getData(),0,requestPackage.getLength());

            String response = process(request);
            //返回响应

            DatagramPacket responsePackage = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,
                    requestPackage.getSocketAddress());
            socket.send(responsePackage);

            System.out.printf("[%s:%d] req=%s res=%s\n",requestPackage.getAddress(),requestPackage.getPort(),request,response);
        }
    }

    public String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer server = new UdpDictServer(9090);
        server.start();
    }

}

运行效果如下

一个简易的字典

public class UdpDictServer extends UdpEchoServer{
    private HashMap<String,String> hashMap = null;
    public UdpDictServer(int port) throws SocketException {
        super(port);
        hashMap = new HashMap<>();

        hashMap.put("hello","你好" );
        hashMap.put("dog","小狗" );
        hashMap.put("cat","小猫" );
        hashMap.put("world","世界" );
        hashMap.put("baby","宝贝" );
    }
    @Override
    public String process(String request){
         return hashMap.getOrDefault(request,"没有找到该词汇");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpDictServer dictServer = new UdpDictServer(9090);
        dictServer.start();
    }
}

九、TCP流套接字

API介绍

ServerSocket
ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。
ServerSocket 构造⽅法：

ServerSocket ⽅法：

Socket
Socket 是客⼾端Socket，或服务端中接收到客⼾端建⽴连接（accept⽅法）的请求后，返回的服务端Socket。

不管是客⼾端还是服务端Socket，都是双⽅建⽴连接以后，保存的对端信息，及⽤来与对⽅收发数据的。
Socket 构造⽅法

Socket ⽅法：

public class TcpEchoServer {
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务端启动！！！");
//        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        while (true){
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();

            Thread t = new Thread(()->{
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            });
            t.start();


        }
    }

    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){

            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);

            while (true){
                if (!scanner.hasNext()){
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
                    break;
                }

                String request = scanner.next();

                String response = process(request);

                outputStream.write(response.getBytes(),0,response.getBytes().length);
                System.out.printf("[%s:%d] req=%s res=%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,response);
            }

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public String process(String request) {
        return request +"\n";
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
        server.start();
    }


}

public class TcpEchoClient {
   private Socket socket = null;
   public TcpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws IOException {
       socket = new Socket(serverIp,serverPort);
   }

   public void start(){
       System.out.println("客户端启动！");
       Scanner scanner = new Scanner(System.in);

       try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){

           Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);

           while (true){
               System.out.println("输入你的请求-》");
               String request = scanner.next();

               request +="\n";

               outputStream.write(request.getBytes());

               if (!scannerNetwork.hasNext()){
                   break;
               }
               String response = scannerNetwork.next();

               System.out.println(response);
           }

       } catch (IOException e) {
           throw new RuntimeException(e);
       }
   }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        client.start();
    }
}

运行效果展示

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