Java Socket 学习记录_java使用socket是否满足视频会议实时同屏-优快云博客

1.网络框架模型

网络框架模型主要有OSI参考模型和TCP/IP五层模型。

1.1 OSI参考模型

OSI，开放式系统互联。一般都叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）在1985年研究的网络互连模型。ISO为了使网络应用更为普及，推出了OSI参考模型，这样所有的公司都按照同意标准来指定自己的网络，就可以互通互联了。
OSI定义了网络互联的七层框架：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
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1.2 TCP/IP五层模型

TCP/IP五层模型主要为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。
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1.3 各协议层的说明

应用层：
应用层是最靠近用户的一层，是为计算机用户提供应用接口，也为用户直接提供各种网络服务。常见的网络服务协议有：HTTP,HTTPS,FTP,TELNET等。
传输层：
建立了主机端到端的连接，其作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括传输差错控制和流量控制等问题。该层向高内层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。我们通常说的TCP UDP就是在这一层。端口号即是这里的“端”。
网络层：
本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。这就是通常说的IP协议层。IP协议是Internet的基础。
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2.网络编程中的问题

常见的网络编程中的问题主要是怎么定位网络上的一台主机或多台主机，另一个是定位后进行数据的传输。对于前者，在网络层中主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一确定Internet上的一台主机。对于后者，在传输层则提供面向应用的可靠（tcp）或非可靠（UDP）的数据传输机制。
对于客户端/服务器（C/S）结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应，客户在需要服务时向服务器提出申请。服务器一般作为守护进程始终保持运行，监听网络端口，一旦有客户请求，就会启动一个服务进程来响应该用户，同时自己继续监听服务端口，使得后来的用户也能及时得到服务。
对于浏览器/服务器（B/S）结构。客户则在需要服务时向服务器请求，服务器响应后及时返回，不需要实时监听端口。

3 TCP协议与UDP协议

3.1 TCP

TCP（transfer control protocol）是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的、无差错的数据流。发送方和接收方成对的两个socket之间必须建立连接，当一个socket（通常是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦两个socket连接起来，他们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接受操作。

TCP的三次握手

建立一个TCP连接时需要经过“三次握手”：
第一次握手：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：服务器接收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，客户端与服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
握手过程中传送的包不包含数据，三次握手完毕后，客户端和服务端才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP连接将会被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求。

3.2 UDP

UDP（user datagram protocol）是一种无连接的协议，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，他在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地、到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

3.3 TCP和UDP之间的区别

UDP：

每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需建立发送方和接收方的连接。
UDP传输数据时有大小限制，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
UDP是一种不可靠的协议，发送方所发送的数据报不一定以相同的次序到达接收方。

TCP：

面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然建立连接，所以在TCP中需要连接时间。
TCP传输数据没有大小限制，一旦建立连接，双方的socket就可以按照统一的格式传输任意大小的数据。
TCP是一种可靠的协议，他确保接收方完全正确的获取发送方所发送的全部数据。
可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。

应用：

TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠的传输。
UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音视频数据绝对正确，只要保持来连贯性就行了，这种情况下显然使用UPD会更合适。

2.Socket网络编程

2.1 什么是socket？

在网络编程中，网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。
socket套接字是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。他是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远程主机的IP地址、远程进程的协议端口。
socket本质是编程接口（API），是对于TCP/IP的封装。TCP/IP要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是socket编程接口；HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；socket是发动机，提供了网络通信的能力。

2.2 socket的原理

socket实际上是提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自建立一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，通话双方必须各自拥有一部手机一样。
socket之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听、客户端请求、连接确认。

服务器监听：服务器端socket并不定位具体的客户端socket，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态。
客户端请求：由客户端的socket退出连接连接请求，要连接的目标是服务端的socket。为此，客户端的socket必须首先描述他要连接的服务器的socket，指出服务器端socket的地址和端口号，然后就可以向服务器端socket提出连接请求。
连接确认：服务器端socket监听到或接收到客户端socket的连接请求，他就响应客户端socket的请求，建立一个新的线程，把服务器端socket的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端socket继续处于监听状态，继续接收其他客户端socket的连接请求。

3.基于Java的socket网络编程实现

Server端Listen监听某个端口是否有连接请求，Client端向Server端发出连接请求，Server端向Client端发回Accept接受消息。这样一个连接就建立起来了。Server端和Client端都可以通过Send，Write等方法与对方通信。
对于一个功能齐全的Socket，都要包含以下基本结构，其工作过程中包含以下四个基本步骤：

创建Socket；
打开连接到Socket的输入/输出；
按照一定的协议对Socket进行读/写操作
关闭Socket。

3.1 基于TCP的socket实现

课堂所给代码：
ClientSocketApp.java

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

public class ClientSocketApp {

	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		// TODO Auto-generated method stub
		Socket clientSocket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
		
		PrintWriter pw = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream());
		
		pw.write("Hello Server, I am a Client!\n");
		pw.flush();
		clientSocket.shutdownOutput();	
		
		
		InputStream is = clientSocket.getInputStream();
		InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
		BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
		
		String str = null;
		while ((str = br.readLine()) != null) {
			System.out.println(str);
		}
	}
}

ServerSocketApp.java

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

public class ServerSocketApp {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// TODO Auto-generated method stub
		ServerSocket svrSock = new ServerSocket(8888);
		System.out.println("正在等待客户端连接.....");
		Socket sock = svrSock.accept();
		System.out.println(sock.getInetAddress().toString());	
		InputStream is = sock.getInputStream();
		InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
		BufferedReader bfr = new BufferedReader(isr);	
		String str = null;
		while((str = bfr.readLine()) != null) {
			
			System.out.println(str);
		}

		PrintWriter pw = new PrintWriter(sock.getOutputStream());
		pw.write("Hello Client, I am Server!\n");
		pw.flush();
	}
}

博客参考代码：
SocketClient.java

public class SocketClient {
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		try {
			// 和服务器创建连接
			Socket socket = new Socket("localhost",8088);
			
			// 要发送给服务器的信息
			OutputStream os = socket.getOutputStream();
			PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
			pw.write("客户端发送信息");
			pw.flush();
			
			socket.shutdownOutput();
			
			// 从服务器接收的信息
			InputStream is = socket.getInputStream();
			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
			String info = null;
			while((info = br.readLine())!=null){
				System.out.println("我是客户端，服务器返回信息："+info);
			}
			
			br.close();
			is.close();
			os.close();
			pw.close();
			socket.close();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

SocketServer.java

public class SocketServer {
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
			// 创建服务端socket
			ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
			
			// 创建客户端socket
			Socket socket = new Socket();	
			
			//循环监听等待客户端的连接
            while(true){
            	// 监听客户端
            	socket = serverSocket.accept();
            	
            	ServerThread thread = new ServerThread(socket);
            	thread.start();
            	
            	InetAddress address=socket.getInetAddress();
                System.out.println("当前客户端的IP："+address.getHostAddress());
            }
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

ServerThread.java

public class ServerThread extends Thread{
	
	private Socket socket = null;
	
	public ServerThread(Socket socket) {
		this.socket = socket;
	}
 
	@Override
	public void run() {
		InputStream is=null;
        InputStreamReader isr=null;
        BufferedReader br=null;
        OutputStream os=null;
        PrintWriter pw=null;
        try {
			is = socket.getInputStream();
			isr = new InputStreamReader(is);
			br = new BufferedReader(isr);
			
			String info = null;
			
			while((info=br.readLine())!=null){
				System.out.println("我是服务器，客户端说："+info);
			}
			socket.shutdownInput();
			
			os = socket.getOutputStream();
			pw = new PrintWriter(os);
			pw.write("服务器欢迎你");
			
			pw.flush();
        } catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
		} finally{
			//关闭资源
            try {
                if(pw!=null)
                    pw.close();
                if(os!=null)
                    os.close();
                if(br!=null)
                    br.close();
                if(isr!=null)
                    isr.close();
                if(is!=null)
                    is.close();
                if(socket!=null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
		}
	}
}

在运行时，若先执行SocketClient会提示无法连接服务器，因为此时没有服务器在监听8088端口。此demo是多线程实现，在先启动SocketServer后，服务器会一直监听8088端口，再执行SocketClient救护正常输出结果。

3.2 基于UDP的socket实现

SocketClient.java

public class SocketClient {
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
            // 要发送的消息
            String sendMsg = "客户端发送的消息";
            
            // 获取服务器的地址
            InetAddress addr = InetAddress.getByName("localhost");
            
            // 创建packet包对象，封装要发送的包数据和服务器地址和端口号
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(sendMsg.getBytes(),
            		sendMsg.getBytes().length, addr, 8088); 
            
            // 创建Socket对象
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
            
            // 发送消息到服务器
            socket.send(packet);
 
            // 关闭socket
            socket.close();
            
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
	}
}

SocketServer.java

public class SocketServer {
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
			 // 要接收的报文
			byte[] bytes = new byte[1024];
			DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
			
			// 创建socket并指定端口
			DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8088);
			
			// 接收socket客户端发送的数据。如果未收到会一致阻塞
			socket.receive(packet);
			String receiveMsg = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
			System.out.println(packet.getLength());
			System.out.println(receiveMsg);
			
			// 关闭socket
			socket.close();
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			e.printStackTrace();
		}
	}
 
}

运行时，先启动SocketServer，再启动SocketClient，会正常打印数据，若先启动SocketServer时，代码执行到socket.receive(packet)时会一直阻塞在这里，直到启动SocketClient后，SocketServer会继续执行，并将收到SocketClient的信息打印出来。如果是先启动SocketClient，会立即执行完毕，再执行SocketServer时，依旧会阻塞在receive方法处，直到下一次SocketClient的执行。

参考博客地址：
Java Socket详解