【J2SE快速进阶】——Socket编程入门（TCP/UDP）

蔚落 2022-08-07 08:43 133阅读 0赞

作品展时，我们的作品 “超级飞聊” 的主打功能就是聊天，包括局域网聊天、外网聊天等，虽然那时是用VB实现的（winsock控件），不过每种编程中的思想还是大同小异的，所以学习Java中的Socket编程时，倍感亲切啊。

###        概念了解 ###

Socket又称“套接字”，用来向网络中的主机发出请求或者应答网络中发出的请求。

文章开头先来简单了解一下TCP与UDP这两个协议：

**TCP**

TCP（Transmission Control Protocol传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，位于传输层。这三个特点中，面向连接就如同打电话，双方的电话必须保持连接状态才能通话；可靠就如同QQ上的视频，一方发送视频请求，另一方必须同意后才能建立视频连接，也可以说安全性好；基于字节流，继续看下文就行。

TCP最重要的思想就是大名鼎鼎的“三次握手”：

![Center][]

客户端向服务端发送请求报文，服务端收到后向客户端回复，客户端确认收到服务端的回复。三次握手完成后，客户端就与服务端建立了可靠的链接。

**UDP**

UDP（User Datagram Protocol用户数据报协议），提供简单但不可靠的信息传送服务。很像生活中的写信或发邮件，不需要征得对方的同意，不需要与对方建立连接，就可以将数据发送出去，但是不能保证发送出去的数据能够确保无误地到达目的地。

我们常用的ping命令就是基于UDP协议，telnet命令就是基于TCP协议。

记得在VB中使用winsock，先往窗体上拖两个winsock控件（相当于实例化），然后给它们设置IP、端口、传输协议，就可以通信了。只不过在Java中，基于TCP协议的通信需要用ServerSocket和Socket来完成，基于UDP协议的通信需要用 DatagramSocket和DatagramPacket来完成。

下面从TCP和UDP两个方面来举例说明Java中如何进行网络通信。

###         **基于TCP协议的通信**       ###

服务端代码：

import java.io.*;
    import java.net.*;
    public class Server {	
    	public static void main(String[] args) {
    		InputStream is=null; 
    		OutputStream os=null;
    		try{
    			ServerSocket ss=new ServerSocket(5566);         //创建服务器套接字并绑定到5566端口
    			Socket s=ss.accept();
    			is=s.getInputStream();
    			os=s.getOutputStream();
    			DataInputStream dis=new DataInputStream(is);
    			DataOutputStream dos=new DataOutputStream(os);
    			String message=null;
    			if((message=dis.readUTF())!=null){              //接收并输出此连接的客户端发来的信息
    				System.out.println("Client："+message);
    			}
    			dos.writeUTF("Hello, Client！");                //向此连接的客户端发送信息
    			dis.close();
    			dos.close();
    			s.close();
    		}catch(ConnectException ex){
    			ex.printStackTrace();
    		}catch(IOException ex){
    			ex.printStackTrace();
    		}
    	}
    }

客户端代码：

import java.io.*;
    import java.net.*;
    public class Client {
    	public static void main(String[] args) {
    		InputStream is=null;
    		OutputStream os=null;
    		try{
    			Socket s=new Socket("127.0.0.1",5566);         //创建一个套接字并将其连接到127.0.0.1地址（本机）的5566端口
    			is=s.getInputStream();
    			os=s.getOutputStream();
    			DataInputStream dis=new DataInputStream(is);
    			DataOutputStream dos=new DataOutputStream(os);
    			dos.writeUTF("Hello, Server！");               //向服务端发送信息
    			String message=null;
    			if((message=dis.readUTF())!=null){
    				System.out.println("Server："+message);    //接收并输出服务端发来的信息
    			}
    			dis.close();
    			dos.close();
    			s.close();			
    		}catch(ConnectException ex){
    			ex.printStackTrace();
    		}catch(IOException ex){
    			ex.printStackTrace();
    		}
    	}
    }

执行结果：

客户端： ![Center 1][]

服务端：![Center 2][]

整个连接和交互的过程如下图：

![Center 3][]

执行时，先启动服务端，服务端创建服务器套接字ServerSocket并绑定到指定的端口，当执行到Socket s=ss.accept()时，会产生“阻塞”（即让程序暂时停留在此处），但客户端启动，创建套接字Socket并向指定地址的指定端口发送请求时，ServerSocket接受服务端的请求并返回客户端的socket实例，与之建立连接。socket原意为插座，还真的挺形象的，整个过程就如同把客户端的插头插到服务端的插座上，就建立起了通道。通信完毕后，双方都关闭连接。

例子中，Socket的getInputStream()方法可以获得网络连接输入，返回此套接字的字节输入流对象；getOutputStream()方法返回此套接字的字节输出流对象，用于向连接对象写入数据。这里体现了上文中TCP的第三个特点“基于字节流”。

###         **基于UDP协议的通信** ###

服务端代码：

import java.net.*;
    class UDPServer{
        public static void main(String[] args)throws Exception{
        	//接收信息
            DatagramSocket  server = new DatagramSocket(5050);
            byte[] recvBuf = new byte[1000];
            DatagramPacket recvPacket = new DatagramPacket(recvBuf , recvBuf.length);
            server.receive(recvPacket);
            String recvStr = new String(recvPacket.getData() , 0 , recvPacket.getLength());
            System.out.println("What server has received is：" + recvStr);
            
            //发送信息
            int port = recvPacket.getPort();
            InetAddress addr = recvPacket.getAddress();
            String sendStr = "Hello ! I'm Server";
            byte[] sendBuf = new String("Hello Client! I'm Server！").getBytes();    
            DatagramPacket sendPacket 
                = new DatagramPacket(sendBuf , sendBuf.length , addr , port );
            server.send(sendPacket);
            server.close();
        }
    }

客户端代码：

import java.net.*;
    class UDPClient{
        public static void main(String[] args)throws Exception{
        	//发送信息
            DatagramSocket client = new DatagramSocket();       
            byte[] sendBuf=new String("Hello Server! I'm Client").getBytes();       
            InetAddress addr = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            int port = 5050;
            DatagramPacket sendPacket 
                = new DatagramPacket(sendBuf ,sendBuf.length , InetAddress.getByName("127.0.0.1") , port);
            client.send(sendPacket);
            
            //接收信息
            byte[] recvBuf = new byte[100];
            DatagramPacket recvPacket = new DatagramPacket(recvBuf , recvBuf.length);
            client.receive(recvPacket);
            String recvStr = new String(recvPacket.getData() , 0 ,recvPacket.getLength());
            System.out.println("What client has received is：" + recvStr);
            client.close();
        }
    }

整个流程如下图：

![Center 4][]

服务端启动后，准备一个包含字节数组buf的数据报包DatagramPacket用于接收客户端发来的数据报，客户端启动后，将目的地址、端口、发送内容等信息封装在DatagramPacket中，通过DatagramSocket的send()方法发往目的地（服务端），服务端将接收到的数据报放在DatagramPackage中。服务端向客户端发送数据报的过程亦然。

文章前面说了TCP三次握手，客户端发送请求、服务端接受请求并返回确认信息，客户端收到确认信息后再发送确认收到确认信息，简单的三个步骤，过程却非常复杂（而且TCP断开连接时还需要[四次挥手][Link 1]）。因为UDP协议不需要连接的过程，所以它的效率高，速度快，同时也因如此，UDP的可靠性不如TCP高。

[Center]: /images/20220805/8b9c3de9fe474370b8ef4773ac5aa2ee.png
[Center 1]: /images/20220805/0ae24d19dd4149fd8c1cd3a7faefcb09.png
[Center 2]: /images/20220805/75015f89b2644d0e8e070ac9a63e3de6.png
[Center 3]: /images/20220805/c59d79ad0c8a46cb8b5476a177da84ef.png
[Center 4]: /images/20220805/593a4abffecf465087434f7fd1d55854.png
[Link 1]: http://baike.baidu.com/link?url=WMzmwuixH8Be7fhL25AYZ4moHmrUlp7ueFM6Yt6AOSOulvWkfO7UCjN0zZBl4Frh9X2--D5tuZeUwaMCD9aXra