Socket编程

本文章经过整理教材、百度百科、参考他人总结，如有侵犯请知会：

【定义】

Socket就是为网络服务提供的一种机制

通讯的两端（客户端和服务器端）都有Sokcet
网络通讯底层其实就是Sokcet间的通讯
数据在两个Sokcet间通过IO进行传输

【传输层协议分类及区别】

传输层协议分为：TCP协议和UDP协议

TCP协议和UDP协议的区别：

UDP协议: 
    a、是面向无连接, 将数据及源封装到数据包中,不需要建立连接（即使服务器端未启动，客户端也可以发起建立连接，不报错）
    b、每个数据报的大小在限制64k内
    c、因无连接,是不可靠协议
    d、不需要建立连接,速度快
TCP协议：
    a、建议连接，形成传输数据的通道.
    b、在连接中进行大数据量传输，以字节流方式
    c、 通过三次握手完成连接,是可靠协议
    d、 必须建立连接，效率较UDP协议来说稍低

一句话总结：UDP协议比TCP协议效率高，但TCP协议比UDP协议更可靠，安全

【TCP协议三次握手建立连接过程】

在TCP/IP协议中，TCP协议采用三次握手建立一个连接。(SYN：Synchronize Sequence Numbers 同步序列编号)
第一次握手:建立连接时，客户端发送SYN包(SYN=J)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认； 
第二次握手:服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN（ACK=J+1），同时自己也发送一个SYN包（SYN=K），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态； 
第三次握手:客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ACK=K+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据

大体过程如下图所示

 

【TCP协议四次挥手断开连接过程】

因为TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
第一次挥手：客户端A发送一个FIN，用来关闭客户端A到服务器端B的数据传送。
第二次挥手：服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
第三次挥手：服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。
第四次挥手：客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1

完成四次挥手，客户端和服务器端断开连接，不再传输数据

四次挥手过程大致如下：

【常见问题】

1.为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
    这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在 一个报文里来发送。
但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以 未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报 文和FIN报文多数情况下都是分开发送的

2．为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？
这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

【TCP代码】

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * tcp服务器端代码
 * @author JBGZ
 *
 */
class TcpServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		System.out.println("tcp socket服务器端开始启动...");
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
		// 等待客户端请求
		Socket accept = serverSocket.accept();
		InputStream inputStream = accept.getInputStream();
		// 转换成string类型
		byte[] buf = new byte[1024];
		int len = inputStream.read(buf);
		String str = new String(buf, 0, len);
		System.out.println("服务器接受客户端内容:" + str);
		serverSocket.close();
	}
}

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
/**
 * TCP客户端代码
 * @author JBGZ
 *
 */
public class TcpClient {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		System.out.println("tcp socket 客户端开始启动...");
		Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		outputStream.write("我是TCP客户端".getBytes());
		socket.close();
	}
}

【UDP代码】

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

/**
 * udp socket服务器端
 * @author JBGZ
 *
 */
class UdpSocketServer {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		System.out.println("udp服务器端开始启动连接...");
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080);
		byte[] bytes = new byte[1024];
		DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
		// 阻塞,等待接受客户端发送请求
		ds.receive(dp);
		System.out.println("来源:"+dp.getAddress()+",端口号:"+dp.getPort());
		// 获取客户端请求内容
		String str=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
		System.out.println("str:"+str);
		ds.close();
	}

}

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

/**
 * udp客户端代码
 * @author JBGZ
 *
 */
public class UdpClient {

	 public static void main(String[] args) throws IOException {
		 System.out.println("udp客户端开始启动连接...");
		 DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
		 String str="我是UDP的客户端，我想连接你";
		 byte[] bytes= str.getBytes();
		 DatagramPacket dp= new DatagramPacket(bytes, bytes.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),8080);
		 ds.send(dp);
		 ds.close();
	}
	
}