【JavaEE】网络原理:UDP数据报套接字编程和TCP流套接字编程
目录
1.UDP数据报套接字编程
1.1 DatagramSocket
1.2 DatagramPacket
1.3 InetSocketAddress
1.4 基于UDP实现回响服务器
2.TCP流套接字编程
2.1 ServerSocket
2.2 Socket
2.3 基于TCP实现回响服务器
1.UDP数据报套接字编程
API 介绍
1.1 DatagramSocket
DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket 的构造方法:
| 方法签名 | 方法说明 |
| DatagramSocket() | 创建⼀个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意⼀个随机端口（⼀般用于客户端） |
| DatagramSocket(int port) | 创建⼀个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机指定的端口（⼀般用于服务端） |
DatagramSocket 的方法:
| 方法签名 | 方法说明 |
| void receive(DatagramPacket p) | 从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该方法会阻塞等待） |
| void send(DatagramPacket p) | 从此套接字发送数据报包（不会阻塞等待，直接发 送） |
| void close() | 关闭此数据报套接字 |
1.2 DatagramPacket
DatagramPacket 是UDP Socket发送和接收的数据报
DatagramPacket 构造方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
| DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 构造⼀个DatagramPacket以⽤来接收数据报，接收的 数据保存在字节数组（第⼀个参数buf）中，接收指定⻓度（第⼆个参数length） |
| DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address) | 构造⼀个DatagramPacket以用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第⼀个参数buf）中，从0到指定长度（第⼆个参数length）。address指定目的主机的IP 和端口号 |
DatagramPacket 方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
| InetAddress getAddress() | 从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址；或从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址 |
| int getPort() | 从接收的数据报中，获取发送端主机的端口号；或从发送的数据报中，获取接收端主机端口号 |
| byte[] getData() | 获取数据报中的数据 |
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。
1.3 InetSocketAddress
InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类 ）构造方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
| InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) | 创建⼀个Socket地址，包含IP地址和端⼝号 |
1.4 基于UDP实现回响服务器
服务器端代码:
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Calendar;
public class UdpEchoServer {
private DatagramSocket socket = null;
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port); //port:端口号
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务器启动!");
while (true) {
//每次循环,就是一个请求-响应过程
//1.读取请求并解析
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(requestPacket);
//基于字节数组构造String
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
//2.根据请求计算响应(对于回显服务器来说,这一步啥都不做)
String response = process(request);
//把响应返回客户端
// 构造一个 DatagramPacke 作为相应对象
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
0, response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress()); //得到 INetAddress 对象, 这个对象包含了 ip 和端口号
socket.send(responsePacket);
//打印日志
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
String dateTime = sdf.format(calendar.getTime());
System.out.printf("[%s:%d time:%s] req: %s, resp: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(),
requestPacket.getPort(),dateTime, request, response);
}
}
public String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
server.start();
}
}客户端代码
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket = null;
private String serverIp;
private int serverPort;
public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;
socket = new DatagramSocket();
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("客户端启动!");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true) {
System.out.print("->"); //提示用户接下来要输入内容
//1.从控制台读取要发送的数据
if (!scanner.hasNext()) {
break;
}
String request = scanner.next();
//2.构造请求并发送
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
socket.send(requestPacket);
//3.读取服务器的响应
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);
//4.把响应显示到控制台上
String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
client.start();
}
}运行效果:
编写⼀个英译汉的服务器. 只需要重写 process
import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
//词典服务器
public class UdpDictServer extends UdpEchoServer {
private HashMap hashMap = new HashMap<>();
public UdpDictServer(int port) throws SocketException {
super(port);
hashMap.put("cat", "小猫");
hashMap.put("dog", "小狗");
hashMap.put("chicken", "坤坤");
hashMap.put("aaaaaaaaaa", "测试");
}
//start 方法完全从父类中继承下来即可
//process 方法要进行重写,加入另外的业务逻辑,进行翻译
@Override
public String process(String request) {
return hashMap.getOrDefault(request, "您查的单词不存在!");
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpDictServer server = new UdpDictServer(9090);
server.start();
}
}
运行效果
2.TCP流套接字编程
API 介绍
2.1 ServerSocket
ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。
ServerSocket 构造方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
| ServerSocket(int port) | 创建⼀个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端⼝ |
ServerSocket 方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
| Socket accept() | 开始监听指定端⼝（创建时绑定的端⼝），有客户端 连接后，返回⼀个服务端Socket对象，并基于该 Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待 |
| void close() | 关闭此套接字 |
2.2 Socket
Socket 是客户端 Socket，或服务端中接收到客户端建立连接（accept方法）的请求后，返回的服 务端Socket。
不管是客户端还是服务端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：
| 方法签名 | 方法说明 |
| Socket(String host, int port) | 创建⼀个客户端流套接字Socket，并与对应IP的主机 上，对应端口的进程建立连接 |
Socket 方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
| InetAddress getInetAddress() | 返回套接字所连接的地址 |
| InputStream getInputStream() | 返回此套接字的输入流 |
| OutputStream getOutputStream() | 返回此套接字的输出流 |
2.3 基于TCP实现回响服务器
服务器端代码:
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
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("服务器启动!");
// 创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
while(true) {
// 通过accept方法"接听电话",然后才能进行通信
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
pool.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
processConnection(clientSocket);
}
});
}
}
//通过这个方法来处理一次连接, 连接建立过程中涉及到多次请求的响应交互
private void processConnection(Socket clientSocket) {
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线!\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
//循环的读取客户端的请求并返回响应
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
while(true) {
if(!scanner.hasNext()) {
//读取完毕,客户端断开连接,就会产生读取完毕
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
break;
}
//1.读取请求并解析 next要读到空白符才会结束
String request = scanner.next();
//2.根据请求计算响应
String response = process(request);
//3.把响应返回给客户端
//通过这种方法可以写回, 但是这种方法不方便给返回的响应中添加\n
//outputStream.write(response.getBytes(),0,response.getBytes().length);
//也可以给 outputStream 套上一层,完成更方便的写入
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
printWriter.println(response);
printWriter.flush();
System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s \n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),
request,response);
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
try {
clientSocket.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
server.start();
}
}注意: 如果只是单个线程, 无法同时响应多个客户端. 此处给每个客户端都分配⼀个线程. 为了避免频繁创建销毁线程, 引入线程池
客户端代码:
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
public TcpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws IOException {
//此处可以把这里的ip和port直接传给socket对象
//由于tcp是有连接的,因此 socket 里面就会保存这两信息
socket = new Socket(serverIp,serverPort);
}
public void start() {
System.out.println("客户端启动");
try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
Scanner scannerConsole = new Scanner(System.in);
Scanner scannerNetWork = new Scanner(inputStream);
PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
while(true) {
//这里的流程和 UDP 的客户端类似
//1.从控制台读取输入的字符串
System.out.print("-> ");
if(!scannerConsole.hasNext()) {
break;
}
String request = scannerConsole.next();
//2.把请求发给服务器, 这里需要使用println来发送, 为了让发送的请求末尾带有 \n
writer.println(request);
// 通过flush刷新缓冲区
writer.flush();
//3.从服务器读取响应
String response = scannerNetWork.next();
//4.把响应显示出来
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();
}
}使用PrintWrite记得手动刷新缓冲区:
运行效果
