网络协议：一文搞懂Socket套接字

本篇内容包括：Socket 套接字的简介、Socket 套接字的分类、Java 中的 Socket 即 java.net.ServerSocket、java.net.Socket 的使用，以及Java 使用套接字 Scoket 编程的Demo。

一、Socket 简介

TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，数据在传输前要建立连接，传输完毕后还要断开连接。TCP 协议提供的是点对点的通信，每条 TCP 连接由两端的套接字唯一确定。可以理解为 TCP 连接两端的套接字来连起来就形成了管道，管道的两端或者说管道的端口就是 Socket 套接字。

Socket 的原意是“插座”，在计算机通信领域，Socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。

Socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器：浏览器获取用户输入的 URL，向服务器发起请求，服务器分析接收到的 URL，将对应的网页内容返回给浏览器，浏览器再经过解析和渲染，就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

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二、Socket 分类

TCP/IP 协议族提供三种常见的 Socket 类型：流式 Socket（SOCK_STREAM）流式套接字、数据报 Socket（SOCK_DGRAM）数据报套接字、原始 Socket（SOCK_RAW）原始套接字。

1、流式套接字（SOCK_STREAM）

用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复发送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠 的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议 TCP。 这类套接字中，传输数据之前必须在两个应用进程之间建立一条通信连接， 这就确保了参与通信的两个应甩进程都是活动并具响应的e当连接建立之卮应用进程只要通过套接字向 TCP 层发送数据流，而另一个应用进程便可以接收到相应的数据流，它们不需要知道传输层是如何对数据流进行处理。特别责要注意的是通信连接必须显式建文。该套接字类型适食传输大量的数据，但不支持广播和多播方式。

2、数据报套接字（SOCK_DGRAM）

提供了一种无连接的服务，通信双方不需要建立任何显式连接，数据可以发送到指定的套接字，并且可以从指定的套接字接收数据。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP进行数据的传输。由于数据包套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在程序中做相应的处理。与数据报套接字相比，使用流式套接字是一个更为可靠的方法，但对于某些应用，建立一个显式连接所导致的系统开销是令人难以接收的，并且数据报套接字支持广播和多播方式。

3、原始套接字（SOCK_RAW）

与标准套接字（标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据报套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的 IP 数据包，而流套接字只能读取 TCP 的数据，数据报套接字只能读取 UDP 的数据。使用原始套接字的主要目的是为了避开 TCP/IP 处理机制，被传送的数据包可以被直接传送给需要它的应用程序。因此，其主要是在编写自定义底层协议的应用程序时使用，例如各种不同的 TCP/IP 实用程序

三、Java 中的 Socket

Java 中对 Socket 的使用是基于两个类 java.net.ServerSocket、java.net.Socket

1、java.net.Socket 构造方法

//不含参构造方法
Socket();
// 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
Socket(InetAddress address, int port)
// 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
Socket(String host, int port)
// 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口
Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
// 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口
Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
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2、java.net.Socket 常用方法

// 将此套接字连接到服务器
connect(SocketAddress endpoint)
// 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值
connect(SocketAddress endpoint, int timeout)

// 返回服务端的ip地址
getInetAddress();
// 获取服务端的端口号
getPort();
// 获取本地客户端的ip地址
getLocalAddress();
// 获取本地客户端的端口号
getLocalPort();
// 返回此套接字的输入流
getInputStream()
// 返回此套接字的输出流
getOutputStream()

// 根据连接是否关闭返回一个boolean值，关闭则返回true，否则返回false
isClose();
// 如果连接是否曾被连接过则返回true，否则返回false
isConnect();
// 如果Socket已经与本地的一个端口绑定，返回true，否则返回false
isBound();

// 关闭输入流
shutdownInput();
// 关闭输出流
shutdownOutput();

// 关闭Socket
close();
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3、java.net.ServerSocket 构造方法

// 创建绑定到特定端口的服务器套接字
ServerSocket(int port)
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4、java.net.ServerSocket 常用方法

// 侦听并接受到此套接字的连接。
accept()
// 返回此服务器套接字的本地地址
getInetAddress()
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四、Java Socket Demo

Demo：编程实现基于 TCP 的 Socket 服务器端和客户端的通信

1、Demo 服务端

服务端的 Socket Demo 流程思路：

1. 创建 ServerSocket 对象，绑定监听端口；
2. 通过 accept() 方法监听客户端请求；
3. 链接建立后，通过输入流读取客户端发送的请求信息；
4. 通过输出流向客户端发送响应信息；
5. 关闭相关资源。

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

/*
 * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 服务器端
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1、创建一个服务器Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            // 2、调用()方法开始监听，等待客户端的连接
            System.out.println("服务器即将启动，等待客户端的连接");
            Socket socket = serverSocket.accept();// 就会处于阻塞的状态，等待监听
            // 3、获取输入流，病读取客户端信息
            InputStream is = socket.getInputStream();// 字节输入流
            // 将字节流转换为字符流
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            // 为输入流添加缓冲
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String info = null;
            while((info = br.readLine())!=null){
                System.out.println("我是服务器，读取客户端发过来的信息："+info);
                }
            socket.shutdownInput();//关闭输入流
            
            // 关闭资源
            br.close();
            isr.close();
            is.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
            
         } catch (IOException e) {
             // TODO Auto-generated catch block
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }
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2、Demo 客户端

客户端的 Socket Demo 流程思路：

1. 创建 Socket对象，指明需要连接的服务器的地址和端口号；

2. 连接建立后，通过输出流向服务器端发送请求信息；

3. 通过输入流获取服务器响应的信息；

4. 关闭相关资源。

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * 客户端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
        try {
            Socket  socket = new Socket("localhost", 8888);
            // 2、获取输出流，向服务器端发送信息
            OutputStream os = socket.getOutputStream();// 获取字节输出流
            // 将输出流包装为打印流
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("用户名:user 密码:pawd");
            pw.flush();
            socket.shutdownInput();//关闭输出流
            
            // 3、关闭资源
            pw.close();
            os.close();
            socket.close();
            
        } catch (UnknownHostException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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