网络编程套接字1-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2301_80501383/article/details/143491010

在应用层中操作系统提供的一组api=>socket api（传输层给应用层提供）。

在传输层中有两个重要的协议：TCP协议和UDP协议，这两个协议差别非常大，编写代码的时候也是不同的风格。

TCP：有链接、可靠运输、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

1.有链接/无连接

这里的连接是抽象的概念，虚拟的/逻辑上的连接。对于TCP来说，TCP协议中，就保存了对端的信息，A和B通信，A和B先建立连接，让A保存B的信息，B保存A的信息（彼此之间知道，谁是和它建立连接的那个），这就是有链接；对于UDP来说，UDP协议本身不保存对方的信息，所以是无连接。

2.可靠传输/不可靠传输

可靠传输就是不保证数据包100%到达，而是尽可能的提高传输成功的概率，如果出现丢包了就能感知到；不可靠传输是把数据发了，就不管了。

3.面向字节流、面向数据报

面向字节流指读写数据的时候，是以字节为单位的，支持任意长度，但会发生粘包问题；面向数据报读写数据的时候，以一个数据报为单位（不是字符），一次必须读写一个UDP数据报，不能是半个，不存在粘包问题。

4.全双工、半双工

全双工一个通信链路支持双向通信（即能读也能写）；半双工一个通讯链路只支持单向通信（要么读要么写）。

接下来就开始网络编程，⽹络编程，指⽹络上的主机，通过不同的进程，以编程的⽅式实现⽹络通信（或称为⽹络数据传输）。

Socket套接字

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。

分类：

Socket套接字主要针对传输层协议划分为如下三类：流套接字：使⽤传输层TCP协议；数据报套接字：使⽤传输层UDP协议；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。

UDP数据报套接字编程

计算机中的文件通常是一个广义上的概念，文件还能代替一些硬件设备（操作系统管理硬件设备，也是抽象成文件，统一管理的），电脑中的网卡就可以抽象成socket文件，我们操作网卡的过程和操作普通文件差不多，直接操作网卡不好操作，把网卡转换成操作socket文件，socket文件就相当于“网卡的遥控器”

API介绍：

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

构造方法：就相当于打开文件

创建socket的时候，就会关联上一个端口号，使用端口号区分主机上不同的应用程序。

DatagramSocket方法：这就相当于读写操作

2.DatagramPacket 表示一个完整的UDP数据报

构造方法：

方法：

代码实现：UDPEchoServe

public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        // 指定了一个固定端口号, 让服务器来使用.
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        // 启动服务器
        System.out.println("服务器启动");

        while (true) {
            // 循环一次, 就相当于处理一次请求.
            // 处理请求的过程, 典型的服务器都是分成三个步骤的.
            // 1. 读取请求并解析.
            //    DatagramPacket 表示一个 UDP 数据报. 此处传入的字节数组, 就保存 UDP 的载荷部分.
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(requestPacket);
            //    把读取到的二进制数据, 转成字符串. 只是构造有效的部分.
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

            // 2. 根据请求, 计算响应. (服务器最关键的逻辑)
            //    但是此处写的是回显服务器. 这个环节相当于省略了.
            String response = process(request);

            // 3. 把响应返回给客户端
            //    根据 response 构造 DatagramPacket, 发送给客户端.
            //    此处不能使用 response.length()
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            //    此处还不能直接发送. UDP 协议自身没有保存对方的信息(不知道发给谁)
            //    需要指定 目的 ip 和 目的端口.
            socket.send(responsePacket);

            // 4. 打印一个日志
            System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(),
                    request, response);
        }
    }

    // 后续如果要写别的服务器, 只修改这个地方就好了.
    private String process(String request) {
        return request;
    }

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

代码相关说明：

1.UDPEchoServe在这个类中的Echo是回声的意思，即回显服务器（就是客户端给服务器发送一个数据（请求），服务器返回一个数据（响应））。

2. 对于服务器来说，客户端什么时候发送请求，发多少个请求我们无法预测，因此服务器中通常都需要一个死循环，持续不断的读取客户端的请求数据。

3.这里的参数是作为“输出的结果”，为输出型参数，在调用该方法之前，先构造空的（但不null），把对象传到receive里面，receive就会把数据从网卡中读取出来，填充到参数中。

4.计算String中字节的个数；response.length（）计算String中字符的个数。

5.收到请求的源IP，源端口就是返回响应的目的IP、目的端口。

6.这里用printf打印，用于格式化输出，它可以使用占位符（%d %s %f等）来控制输出格式，而println不可以。

7.socket关闭不需要close，因为此处的socket对象，伴随整个UDP服务器，如果服务器关闭，进程结束就会自动释放PCB的文件描述符表中的所有资源，也不需要手动调用close了。

8.receive会触发阻塞行为，客户端请求发来了，receive才会返回，客户端的请求没来，receive就会一直阻塞。

代码相关解析：

1.socket对象代表网卡文件，读这个文件，相当于从网卡收文件，写这个文件等于让网卡发数据。

在该循环中主要做三件事：1. 读取请求并解析2. 根据请求, 计算响应. (服务器最关键的逻辑)，但是此处写的是回显服务器. 这个环节相当于省略了.3. 把响应返回给客户端。

3.读取请求并解析

构造DatagramPacket对象，DatagramPacket就代表UDP数据包；然后调用receive，理解输出型参数；把UDP数据包载荷取出来，构造成一个String，通过，拿到DatagramPacket中的字节数组，拿到有效数组的长度，根据字节数组，构造出一个String.

4.根据请求计算响应

拿到字符串中的字节数组，拿到字节数组的长度，而不是使用字符串长度，拿到客户端的IP和端口号。构造响应数据报，把构造好的数据报发送出去，前提是数据包中包含了目的IP和目的端口。

记录这次的客户端/服务器的交互过程。

UDPEchoClient

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;

    // UDP 本身不保存对端的信息, 就自己的代码中保存一下
    private String serverIp;
    private int serverPort;

    // 和服务器不同, 此处的构造方法是要指定访问的服务器的地址.
    public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
        socket = new DatagramSocket();
    }

    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            // 1. 从控制台读取用户输入的内容.
            System.out.println("请输入要发送的内容:");
            if (!scanner.hasNext()) {
                break;
            }
            String request = scanner.next();
            // 2. 把请求发送给服务器, 需要构造 DatagramPacket 对象.
            //    构造过程中, 不光要构造载荷, 还要设置服务器的 IP 和端口号
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
            // 3. 发送数据报
            socket.send(requestPacket);
            // 4. 接收服务器的响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);
            // 5. 从服务器读取的数据进行解析, 打印出来.
            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();
    }
}

代码相关说明：