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🎄 本章讲解内容:TCP和UDP的编程讲解
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)
换句话说:通过网络编程可以进行网络资源的数据传输,例如:腾讯视频观看网络电视
在一次网络数据传输时:
发送端:数据的发送方进程,称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机。
接收端:数据的接收方进程,称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机。
收发端:发送端和接收端两端,也简称为收发端。
注意:发送端和接收端只是相对的,只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念
网络数据传输的请求和响应
一般而言,获取一个网络资源需要涉及到两次的网络数据传输:
- 请求数据的发送 -----客户端
- 响应数据的发送 ------服务端
注:客户端将资源保存在服务端,例如设置密码,将密码保存在服务端,这样即使换台客户端也能登陆。
网络编程的实现是通过Socket套接字,由系统供用于网络通信的技术,将传输层协议划主要划分为两类:TCP协议和UDP协议。因此TCP和UDP是网络资源数据传输的重要协议
重点:牢记Socket套接字。TCP和UDP都有其api,通过这个可以进行网络编程。
在Java当中,实现UDP协议的通信的类是-----DatagramSocket(Socket对象),DatagramPacket(udp数据报)
java中使用UDP协议通信,主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字,并使用
注:在实际情况下,服务器需要提供多个客户端的请求处理及响应。
流程图如下:
在编程之前,我们先要了解两个类---- DatagramPacket和DatagramSocket。
注:服务器相当于家,客户端相当于你,当你想回家时,我们需要得到服务器的地址(IP地址),门牌号(端口号)
(1)DatagramPacket
构造方法
构造方法 | 方法说明 |
DatagramPacket(byte[]
buf, int length)
|
接收数据报
,接收的数据保存在字节数组(第一个参数buf
)中,接收指定长度
(第二个参数length)
|
DatagramPacket(byte[]
buf, int offset, int length,
SocketAddress address)
|
发送数据报
,发送的数据为字节 数组(第一个参数buf
)中,从
0
到指定长度
(第二个参数 length)。
address
指定目的主机的
IP
和端口号
|
方法:
方法名 | 方法说明 |
InetAddress
getAddress()
|
从接收的数据报中,获取发送端主机
IP
地址;或从发送的数据报中,获取接收端主机IP
地址
|
int getPort()
|
从接收的数据报中,获取发送端主机的端口号;或从发送的数据报中,获取接收端主机端口号
|
byte[] getData()
|
获取数据报中的数据
|
(2)DatagramSocket
构造方法:
构造方法 | 方法说明 |
DatagramSocket()
|
创建一个
UDP
数据报套接字的
Socket
,绑定到本机任意一个随机端口
(一般用于客户端)
|
DatagramSocket(int
port)
|
创建一个
UDP
数据报套接字的
Socket
,绑定到本机指定的端口(一般用
于服务端)
|
方法 | 解析 |
void receive(DatagramPacket p)
|
从此套接字接收数据报(如果没有接收到数据报,该方法会阻塞等待)
|
void send(DatagramPacketp)
|
从此套接字发送数据报包(不会阻塞等待,直接发送)
|
void close()
|
关闭此数据报套接字
|
我们这以自己的地址为例子,环回IP。
客户端代码:
- package network;
-
- import java.io.IOException;
- import java.net.*;
- import java.util.Scanner;
-
- public class UdpEchoClient {
- private DatagramSocket socket = null;
- private String serverIp;
- private int serverPort;
-
- // 服务器的 ip 和 服务器的端口.
- public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
- serverIp = ip;
- serverPort = port;
- // 这个 new 操作, 就不再指定端口了. 让系统自动分配一个空闲端口.
- socket = new DatagramSocket();
- }
-
- // 让这个客户端反复的从控制台读取用户输入的内容. 把这个内容构造成 UDP 请求, 发给服务器. 再读取服务器返回的 UDP 响应
- // 最终再显示在客户端的屏幕上.
- public void start() throws IOException {
- Scanner scanner = new Scanner(System.in);
- System.out.println("客户端启动!");
- while (true) {
- // 1. 从控制台读取用户输入的内容
- System.out.print("-> "); // 命令提示符, 提示用户要输入字符串.
- String request = scanner.next();
- // 2. 构造请求对象, 并发给服务器.
- DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
- InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
- socket.send(requestPacket);
- // 3. 读取服务器的响应, 并解析出响应内容.
- DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
- socket.receive(responsePacket);
- String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
- // 4. 显示到屏幕上.
- System.out.println(response);
- }
- }
-
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- //服务器ip与端口
- UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
- client.start();
- }
- }
服务器代码:
- package network;
-
- import java.io.IOException;
- import java.net.DatagramPacket;
- import java.net.DatagramSocket;
- import java.net.SocketException;
-
- // UDP 的 回显服务器.
- // 客户端发的请求是啥, 服务器返回的响应就是啥.
- public class UdpEchoServer {
- private DatagramSocket socket = null;
-
- // 参数是服务器要绑定的端口
- public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
- socket = new DatagramSocket(port);
- }
-
- // 使用这个方法启动服务器.
- public void start() throws IOException {
- System.out.println("服务器启动!");
- while (true) {
- // 反复的, 长期的执行针对客户端请求处理的逻辑.
- // 一个服务器, 运行过程中, 要做的事情, 主要是三个核心环节.
- // 1. 读取请求, 并解析
- DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
- socket.receive(requestPacket);
- // 这样的转字符串的前提是, 后续客户端发的数据就是一个文本的字符串.
- String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
- // 2. 根据请求, 计算出响应
- String response = process(request);
- // 3. 把响应写回给客户端
- // 此时需要告知网卡, 要发的内容是啥, 要发给谁.
- DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
- requestPacket.getSocketAddress());
- socket.send(responsePacket);
- // 记录日志, 方便观察程序执行效果.
- System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(),
- request, response);
- }
- }
-
- // 根据请求计算响应. 由于是回显程序, 响应内容和请求完全一样.
- public String process(String request) {
- return request;
- }
-
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
- server.start();
- }
- }
如果想实现TCP的通信,我们需要使用到ServerSocket和Socket。
注意:TCP传输数据,是根据流操作,因此我们需要使用IO流操作
(一)ServerSocket
- ServerSocket:创建TCP服务端的Socket的API,服务器端通常用于监听指定的端口并等待客户端的连接请求
构造方法:
构造方法 | 方法说明 |
ServerSocket(int port)
|
创建一个服务端流套接字
Socket
,并绑定到指定端口
|
方法:
方法 | 方法说明 |
Socket accept()
|
监听指定端口(创建时绑定的端口),有客户端连接后,返回一个服务端
Socket 对象,并基于该Socket
建立与客户端的连接,否则阻塞等待
|
close()
|
关闭此套接字
|
(二)Socket
- Scoket:用于客户端,服务端中接收到客户端建立连接(accept方法)的请求后,返回的服务端Socket。
注:socket通常是一个对网络通信进行抽象的对象,通过它可以实现客户端和服务器之间的数据传输。
构造方法:
构造方法 | 方法说明 |
Socket(String host, int port)
|
创建一个客户端流套接字
Socket
,并与对应
IP
的主机上,对应端口的进程建立连接
|
方法:
方法名 | 方法说明 |
InetAddress getInetAddress()
|
返回套接字所连接的地址
|
InputStream getInputStream()
|
返回此套接字的输入流
|
OutputStream getOutputStream()
|
返回此套接字的输出流
|
TCP代码实现通信,需要先建立连接,而确认什么时候关闭,却可以分为2种----短连接和长连接!
- 短连接:每次接收到数据并返回响应后,都关闭连接,即是短连接。也就是说,短连接只能一次收发数据。
- 长连接:不关闭连接,一直保持连接状态,双方不停的收发数据,即是长连接。也就是说,长连接可以多次收发数据。
长、短连接区别:
短连接,则是一发一收,客户端发送请求,服务器接收请求,只有请求,没有回应。
服务端:
- package org.example.tcp.demo1;
- import java.io.*;
- import java.net.ServerSocket;
- import java.net.Socket;
- public class TcpServer {
- //服务器socket要绑定固定的端口
- private static final int PORT = 8888;
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- // 1.创建一个服务端ServerSocket,用于收发TCP报文
- ServerSocket server = new ServerSocket(PORT);
- // 不停的等待客户端连接
- while(true) {
- System.out.println("---------------------------------");
- System.out.println("等待客户端建立TCP连接...");
- // 2.等待客户端连接,注意该方法为阻塞方法
- Socket client = server.accept();
- System.out.printf("客户端IP:%s%n", client.getInetAddress().getHostAddress());
- System.out.printf("客户端端口号:%s%n", client.getPort());
- // 5.接收客户端的数据,需要从客户端Socket中的输入流获取
- System.out.println("接收到客户端请求:");
- InputStream is = client.getInputStream();
- // 为了方便获取字符串内容,可以将以上字节流包装为字符流
- BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is, "UTF-8"));
- String line;
- // 一直读取到流结束:TCP是基于流的数据传输,一定要客户端关闭Socket输出流才表示服
- 务端接收IO输入流结束
- while ((line = br.readLine()) != null) {
- System.out.println(line);
- }
- // 6.双方关闭连接:服务端是关闭客户端socket连接
- client.close();
- }
- }
- }
客户端
- package org.example.tcp.demo1;
- import java.io.*;
- import java.net.Socket;
- public class TcpClient {
- //服务端IP或域名
- private static final String SERVER_HOST = "localhost";
- //服务端Socket进程的端口号
- private static final int SERVER_PORT = 8888;
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- // 3.创建一个客户端流套接字Socket,并与对应IP的主机上,对应端口的进程建立连接
- Socket client = new Socket(SERVER_HOST, SERVER_PORT);
- // 4.发送TCP数据,是通过socket中的输出流进行发送
- OutputStream os = client.getOutputStream();
- // 为了方便输出字符串作为发送的内容,可以将以上字节流包装为字符流
- PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(os, "UTF-8"));
- // 4-1.发送数据:
- pw.println("hello world!");
- // 4-2.有缓冲区的IO操作,真正传输数据,需要刷新缓冲区
- pw.flush();
- // 7.双方关闭连接:客户端关闭socket连接
- client.close();
- }
- }
以上便是短连接,客户端不会收到回应。
客户端发送请求,服务器接收请求,然后将其分析对其作出回应,传回客户端。
服务端:
- import java.io.*;
- import java.net.*;
-
-
- public class TCPServer {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- System.out.println("服务器已启动");
-
- // 创建ServerSocket对象,监听指定端口
- ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
-
- while (true) {
- // 等待客户端连接
- Socket socket = serverSocket.accept();
- System.out.println("已连接客户端:" + socket.getInetAddress() + ":" + socket.getPort());
-
- // 接收客户端消息
- BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
- String readLine = null;
- while ((readLine = br.readLine()) != null) {
- System.out.println("客户端消息:" + readLine);
-
- // 回复客户端消息
- PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()), true);
- pw.println("Server reply: " + readLine);
- }
- }
- }
- }
客户端:
- import java.io.*;
- import java.net.*;
-
-
- public class TCPClient {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- // 创建Socket对象,连接指定IP和端口
- Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
-
- // 发送消息给服务器
- PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()), true);
- pw.println("Hello server, I am a client.");
-
- // 接收服务器消息
- BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
- String readLine = null;
- while ((readLine = br.readLine()) != null) {
- System.out.println("服务器消息:" + readLine);
- }
-
- // 关闭资源
- br.close();
- pw.close();
- socket.close();
- }
- }
其实,TCP的编程比UDP要难一点点,但是只要我们理解了UDP的编程实现,我们可以更方便理解TCP的编程知识。
TCP的通信代码实现,需要操作流操作,我们需要理解充分!
在学习本文之前,如果你有时间,我希望你可以查看一下:网络的发展史、通信基础和原理