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🛰️🛰️系列专栏:【JavaEE】

✈️✈️本篇内容:网络编程基础之Socket套接字。

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⛵⛵作者简介一名双非本科大三在读的科班Java编程小白道阻且长星夜启程

 什么是网络编程套接字

简单来说网络编程套接字就是操作系统给应用程序提供的一组API(叫做socket API)。

socket可以视为是应用层和传输层之间通信的桥梁。

那么这里传输层的核心协议有两种TCP和UDP。

TCP有连接可靠传输面向字节流全双工

UDP无连接不可靠传输面向数据报全双工

那么我们来详细解释一下这里两种协议对应的特性是啥意思。

1、有连接和无连接

有连接比如我们要打电话那么就需要先接通电话才能够进行数据交互。

无连接比如我们发微信消息不需要接通直接发送就可以了。

2、可靠传输与不可靠传输

可靠类似于上面的有连接发送方知道接收方是否收到了数据。

不可靠参考无连接我们微信直接可以发消息不知道对方有没有看见这个消息。

3、面向字流/数据报

面向字节流以字节为单位进行传输类似于文件操作中的字节流。

面向数据报以数据报为单位进行传输一个数据报会明确大小一次发送/接收一个完整的数据报不能是半个数据报。

4、全双工/半双工

全双工一条链路双向通信。

半双工一条链路单向通信。

那么这里UDP比TCP要简单一点我们先来学习UDP。

一、UDP socket

那么UDP socket中主要涉及到两个类DatagramSocket 和 DatagramPacket。Datagram是数据报的意思。

DatagramSocket 的一个对象就对应操作系统中的一个socket文件。

DatagramPacket代表了一个UDP数据报使用UDP传输数据的基本单位。

1、客户端服务器程序—回显服务

这里回显的意思就是请求的内容是啥得到的响应就是啥。

这里在我们的idea下先建立一个包NetWork在这个包下建立两个类分别是服务器UdpEchoServer和客户端UdpEchoClient。

OK那么我们接下来先来写 UdpEchoServer 的代码

1、进行网络编程的大前提第一步需要先准备好socket实例这是进行网络编程的大前提。

private DatagramSocket socket = null;

2、此处在构造服务器这边的socket对象的时候就需要显式的绑定一个端口号这里用port表示。前面已经介绍端口号相当于收件人的电话号码即可以理解为快递到指定菜鸟驿站的时候我们需要知道手机号才能联系上这个快递的收件人。

抛出异常的原因1、端口号可能已经被占用了。2、每个进程能够打开的文件个数是有限的。

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

3、启动服务器这里我们需要知道服务器是被动接收请求的一方主动发送请求的是客户端DatagramPacket刚才说过是表示一个UDP数据报发送一次数据就是发送DatagramPacket接收一次数据也就是在收一个DatagramPacket。

那么这里启动服务器分为三步

step1读取客户端发来的请求。

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true){
            //1、读取客户端发来的请求
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(requestPacket);//为了接收数据需要先准备好一个空的DatagramPacket对象由receive来进行填充数据
            //把DatagramPacket解析成一个String 
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength(),"UTF-8");

step2根据请求计算响应。

String response = process(request);

step3把响应写回到客户端。

            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req:%s,resp:%s\n",
                    requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }

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

1》这里requestPacket.getLength这个长度不一定是1024可能此处的UDP数据报最长是1024实际的数据可能不够1024。

2》注意这里send方法的参数也是DatagramPacket需要把响应数据先构造成一个DatagramPacket再进行发送。

3》response.getByte这里的参数也不再是一个空的数组response是刚才根据请求计算得到的响应。DatagramPacket里面的数据就是String response的数据。

4》requestPacket.getSocketAddress();这个参数的作用就是表示要把数据发给哪个地址+端口。

SocketAddress可以视为一个类里面包含了IP和端口。这里我们点过去看一下SocketAddress的源码解释

 UdpEchoServer完整代码

package NetWork;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

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

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true){
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(requestPacket);
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength(),"UTF-8");
            String response = process(request);
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req:%s,resp:%s\n",
                    requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }

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

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

启动服务器

接下来我们来写客户端UdpEchoClient的代码。

首先我们可以发现在客户端这里就不用手动指定端口号了使用无参版本的构造方法即让操作系统自己分配一个空闲的端口号。

    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;
    private  int serverPort;
    public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
    }

但是对于服务器来说必须手动指定端口号因为后序客户端需要根据这个端口号来访问到服务器(客户端是主动发起请求的一方需要事先知道服务器的地址和端口)。

OK那么客户端的代码书写的步骤是什么呢

step1、先从控制台读取用户输入的字符串

    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("->");
            String request = scanner.next();

step2:把这个用户输入的内容构造成一个UDP请求并发送

构造的请求包含两部分信息:

1数据的内容request字符串。

2) 数据要发给谁 服务器的IP+端口。

            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);

注意这里又使用到了一种DatagramPacket构造方法既能构造数据又能构造目标地址这个目标地址是IP和端口分开的写法。

step3从服务器读取响应数据并解析

            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength(),"UTF-8");

step4:把响应结果显示到控制台上

        System.out.printf("req: %s, resp: %s\n",request,response);

UdpEchoClient完整代码

package NetWork;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;
    private  int serverPort;
    public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
    }
    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("->");
            String request = scanner.next();
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength(),"UTF-8");
            System.out.printf("req: %s, resp: %s\n",request,response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //由于客户端和服务器在同一个机器上 使用的IP仍然是127.0.0.1
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        client.start();

    }
}

注意我们刚才已经写好了客户端的代码那么在我们写客户端代码的过程中已经早早的启动服务器了就是说在写客户端代码的过程中是没人访问服务器的这里的服务器就卡在receive这里阻塞等待了。

OK那么我们现在启动客户端输入一个hello。

 再点到我们的服务器这边可以看到已经接收到客户端的请求这个52948就是系统自动给客户端分配的端口。

 那么这里我还想再启动一个客户端行不行呢我们运行发现是不可以的那么如何再启动一个客户端呢

step1:首先找到我们的idea右上角有一个这个客户端类的名称我们点击。

 step2打开之后我们再点击下图红蛇箭头所指向的地方勾选Allow这一行然后点击OK。

 step3然后我们再次运行客户端会发现可以启动多个客户端了。

 我们在这两个客户端分别输入java和dodo可以看到服务器这边会给出响应并且每次分配的端口号都是不同的。

 总结通常情况下一个服务器是要同时给多个客户端提供服务的但是有时候就是一个服务器就给一个客户端提供服务。可以理解为一个饭店可以给多个顾客提供就餐也可以就只为某个人提供就餐。

OK由于知识点涉及较多我们下期继续讲解感谢三连支持