Java网络编程(一): TCP/UDP详解(雷惊风)

一．网络分层

这段时间准备整理一下关于网络编程的一些知识点，准备整理的内容包括，TCP/UDP方向、Socket方向、HttpURLConnection与HttpClient方向、Http与Https方向，有时间的话再分析一个Android三方源码关于网络的封装，如Okhttp或者Volley或者Retrofit其中之一吧，那么今天我们就来看一下第一部分TCP/UDP相关内容，我们先从网络的分层说起，网络整体设计是一个很宽泛很复杂的问题，为了解决这个问题，很多网络采用分层的方式解决，其中比较常见的有两种：

      1.   开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称OSI）是国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型，就是我们平时所说的7层模式，从低到高分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

      2.   TCP/IP参考模型：分为4层，物理链路层、网络层，传输层，应用层。TCP/IP中的物理链路层对应OSI中的物理层和数据链路层 ，网络层对应网络层，传输层对应传输层，应用层对应会话层 、表示层、应用层。

二．基本概念

TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）是位于传输层的协议。

      TCP协议是一种安全性很高的协议，它能够保证数据安全准确的到达接收方，并保证数据顺序与发送时一致，TCP是面向连接的协议。每次建立连接都要经过3次握手：

     1.   客户端发送一个SYN=j标志的TCP报文到服务器，进入等待状态。

     2.   服务端接收到客户端的TCP报文后，会回复一个带ACK=j+1与SYN= k标志的报文，表示对1中报文的回复。

     3.   当客户端接收到服务端的ACK+SYN包后，会回复一个ACK=K+1的包，发送完后，客户端与服务端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，这里需要注意，这些操作完成后客户端与服务器只是建立了连接，尚未真正传输数据，后续便可以传递我们想要传输的数据。数据传输完成后，客户端或者是服务器会发送断开连接的请求，不一定是服务器也不一定是客户端。断开连接需要4次握手，需要4次才能断开连接的原因是，当客户端或者服务器发起断开链接时，可能另一方还没有完成数据的操作，所以会多一步等待流程。

       UDP是无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传送目的地，至于能够达到目的地，达到目的地的时间以及内容的正确性都不能保证。

TCP与UDP对比：

       1. 在安全性能方面，TCP要略胜一筹，可靠的传输是要付出代价的，对数据内容的正确性的检验必然会占用计算机处理时间和网络带宽。通信过程中不容易出现数据丢失的现象，一方中断，两方的通信就会结束，UDP数据包传送的过程当中，一方中断，数据包有很大的可能性会丢失，还有可能传来的数据包的顺序是错乱的；

       2. 在效率方面，UDP要比TCP快很多，最起码得知道他不用建立连接，至少节省了3次握手需要的时间。许多应用中并不需要保证严格的传输可靠性，比如视频会议系统，并不要求视频音频数据绝对正确，只要能够连贯就可以了。

三．TCP连接基本流程

       1.   服务端创建ServerSocket，并绑定域名与端口。

       2.   服务端调用accept()方法等待客户端调用。

       3.   创建客户端Socket，指定服务器地址和端口。

       4.   客户端通过输出流写入数据。

       5.   服务端通过输入流读取客户端发送的数据。

       6.   服务端通过输出流回复客户端。

       7.   客户端通过输入流读取服务端的回复信息。

四．实现TCP连接实例。

       1. 服务端代码如下：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author liuyonglei
 * TCPServer端
 */
public class TCPServer {
	public static void main(String[] args) {
        try {  
            //1、创建服务器端ServerSocket，绑定端口，进行监听  
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345);  
            System.out.println("LYL_服务器等待客户端连接");  
            //2、调用accept()方法，开始监听 等待客户端连接  
            Socket socket = serverSocket.accept(); 
            //3、获取输入流读取客户端信息
            InputStream is = socket.getInputStream();//字节输入流  
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);//将字节流转化为字符流  
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);//为输入流添加缓冲  
            String info=null;  
            while((info = br.readLine())!=null){//循环读取客户端信息  
                System.out.println("LYL_接收到客户端数据："+info + "\n");  
            }  
            socket.shutdownInput();
            //4、获取输出流 响应客户端的请求
            OutputStream os= socket.getOutputStream();
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);//包装  
            pw.write("您已经连接上了\n");  
            pw.flush();//缓冲输出
            //5、关闭资源
            socket.close();  
            serverSocket.close();  
        } catch (IOException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }  
          
    }  
}

2. 客户端代码如下：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;


public class TCPClient {
	public static void main(String[] args) {  
        try {  
            //1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口  
            Socket socket = new Socket("localhost",12345);  
            //2、获取输出流，向服务器发送信息  
            OutputStream os = socket.getOutputStream();//字节输出流  
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);//将输出流包装为打印流  
            pw.write("LYL_客户端发送的内容");
            pw.flush();
            socket.shutdownOutput();//关闭输出流  
            //3、获取输入流，并且读取服务器端的响应信息  
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));  
            String info=null;  
            while((info = br.readLine())!=null){//循环读取服务器信息  
                System.out.println("LYL_我是客户端，服务器说"+info);  
            }  
            //4、关闭资源  
//            socket.close();  
        } catch (UnknownHostException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        } catch (IOException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }  
          
    }  
}

五．UDP基本流程。

      1.   服务端创建接收数据的DatagramSocket，并指定端口。

      2.   服务端定义接受数据的内存空间存储数据。

      3.   服务端创建用于封装数据的DatagramPacket。

      4.   服务端DatagramSocket调用receive(DatagramPacket)方法开启数据监听。

      5.   客户端创建DatagramSocket，并绑定本地端口。

      6.   客户端创建DatagramPacket，并指定发送的数据内容，长度，远程服务IP地址及端口号。

      7.   客户端调用send() 方法发送数据。

      8.   服务端从DatagramPacket中获取客户端传递的数据。

      9.   关闭socket连接。

六．UDP实例

      1.  服务端代码：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;


public class UDPServer {
	public static void main(String args[]) throws Exception{
	    // 定义接收数据报的DatagramSocket对象
        DatagramSocket ds = null;
        // 定义DatagramPacket对象
        DatagramPacket dp = null;                 
       // 开辟空间，以接收数据
        byte[] buf = new byte[1024];      
        // 要接收数据的服务端接口
        ds = new DatagramSocket(9000);    
        // 所有的信息使用buf保存
        dp = new DatagramPacket(buf,1024) ; 
        // 接收数据
        System.out.println("LYL_等待客户端的信息") ; 
        ds.receive(dp); 
        String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength()) + "from " +
                 dp.getAddress().getHostAddress() + "：" + dp.getPort() ;
        System.out.println("LYL_" +str) ; 

}
}

2. 客户端代码：

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


public class UDPClient {
	public static void main(String args[]) throws Exception{
		String str = "hello,shu xian sheng!!!";
		// 定义发送数据报的对象
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket(3000);                 
		 // 声明DatagramPacket对象
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.length(),InetAddress.getByName("localhost"),9000) ;                 
        System.out.println("LYL_发送") ;
        ds.send(dp);
        ds.close() ;

    }

}