Java-socket網路程式設計
Java 網路程式設計
網路程式設計是指編寫執行在多個裝置(計算機)的程式,這些裝置都通過網路連線起來。
java.net 包中 J2SE 的 API 包含有類和介面,它們提供低層次的通訊細節。你可以直接使用這些類和介面,來專注於解決問題,而不用關注通訊細節。
java.net 包中提供了兩種常見的網路協議的支援:
TCP:TCP 是傳輸控制協議的縮寫,它保障了兩個應用程式之間的可靠通訊。通常用於網際網路協議,被稱 TCP / IP。
UDP:UDP 是使用者資料報協議的縮寫,一個無連線的協議。提供了應用程式之間要傳送的資料的資料包。
Socket 程式設計:這是使用最廣泛的網路概念,它已被解釋地非常詳細。
URL 處理:這部分會在另外的篇幅裡講,點選這裡更詳細地瞭解在 Java 語言中的 URL 處理。
Socket 程式設計
套接字使用TCP提供了兩臺計算機之間的通訊機制。 客戶端程式建立一個套接字,並嘗試連線伺服器的套接字。
當連線建立時,伺服器會建立一個 Socket 物件。客戶端和伺服器現在可以通過對 Socket 物件的寫入和讀取來進行通訊。
java.net.Socket 類代表一個套接字,並且 java.net.ServerSocket 類為伺服器程式提供了一種來監聽客戶端,並與他們建立連線的機制。
以下步驟在兩臺計算機之間使用套接字建立TCP連線時會出現:
伺服器例項化一個 ServerSocket 物件,表示通過伺服器上的埠通訊。
伺服器呼叫 ServerSocket 類的 accept() 方法,該方法將一直等待,直到客戶端連線到伺服器上給定的埠。
伺服器正在等待時,一個客戶端例項化一個 Socket 物件,指定伺服器名稱和埠號來請求連線。
Socket 類的建構函式試圖將客戶端連線到指定的伺服器和埠號。如果通訊被建立,則在客戶端建立一個 Socket
物件能夠與伺服器進行通訊。
在伺服器端,accept() 方法返回伺服器上一個新的 socket 引用,該 socket 連線到客戶端的 socket。
連線建立後,通過使用 I/O 流在進行通訊,每一個socket都有一個輸出流和一個輸入流,客戶端的輸出流連線到伺服器端的輸入流,而客戶端的輸入流連線到伺服器端的輸出流。
TCP 是一個雙向的通訊協議,因此資料可以通過兩個資料流在同一時間傳送.以下是一些類提供的一套完整的有用的方法來實現 socket。
ServerSocket 類的方法
伺服器應用程式通過使用 java.net.ServerSocket 類以獲取一個埠,並且偵聽客戶端請求。
ServerSocket 類有四個構造方法:
序號 | 方法 | 方法描述 |
---|---|---|
1 | public ServerSocket (int port) throws IOException | 建立繫結到特定埠的伺服器套接字。 |
2 | public ServerSocket (int port, int backlog) throws IOException | 利用指定的 backlog 建立伺服器套接字並將其繫結到指定的本地埠號。 |
3 | public ServerSocket (int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException | 使用指定的埠、偵聽 backlog 和要繫結到的本地 IP 地址建立伺服器。 |
4 | public ServerSocket () throws IOException | 建立非繫結伺服器套接字。 |
建立非繫結伺服器套接字。 如果 ServerSocket 構造方法沒有丟擲異常,就意味著你的應用程式已經成功繫結到指定的埠,並且偵聽客戶端請求。
這裡有一些 ServerSocket 類的常用方法:
序號 | 方法 | 方法描述 |
---|---|---|
1 | public int getLocalPort () | 返回此套接字在其上偵聽的埠。 |
2 | public Socket accept () throws IOException | 偵聽並接受到此套接字的連線。 |
3 | public void setSoTimeout (int timeout) | 通過指定超時值啟用/禁用 SO_TIMEOUT,以毫秒為單位。 |
4 | public void bind (SocketAddress host, int backlog) | 將 ServerSocket 繫結到特定地址(IP 地址和埠號)。 |
Socket 類的方法
java.net.Socket 類代表客戶端和伺服器都用來互相溝通的套接字。
客戶端要獲取一個 Socket 物件通過例項化 ,而 伺服器獲得一個 Socket 物件則通過 accept() 方法的返回值。
Socket 類有五個構造方法.
序號 | 方法 | 方法描述 |
---|---|---|
1 | public Socket (String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. | 建立一個流套接字並將其連線到指定主機上的指定埠號。 |
2 | public Socket (InetAddress host, int port) throws IOException | 建立一個流套接字並將其連線到指定 IP 地址的指定埠號。 |
3 | public Socket (String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. | 建立一個套接字並將其連線到指定遠端主機上的指定遠端埠。 |
4 | public Socket (InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. | 建立一個套接字並將其連線到指定遠端地址上的指定遠端埠。 |
5 | public Socket () | 通過系統預設型別的 SocketImpl 建立未連線套接字 |
當 Socket 構造方法返回,並沒有簡單的例項化了一個 Socket 物件,它實際上會嘗試連線到指定的伺服器和埠。
下面列出了一些感興趣的方法,注意客戶端和伺服器端都有一個 Socket 物件,所以無論客戶端還是服務端都能夠呼叫這些方法。
序號 | 方法 | 方法描述 |
---|---|---|
1 | public void connect (SocketAddress host, int timeout) throws IOException | 將此套接字連線到伺服器,並指定一個超時值。 |
2 | public InetAddress getInetAddress () | 返回套接字連線的地址。 |
3 | public int getPort () | 返回此套接字連線到的遠端埠。 |
4 | public int getLocalPort () | 返回此套接字繫結到的本地埠。 |
5 | public SocketAddress getRemoteSocketAddress () | 返回此套接字連線的端點的地址,如果未連線則返回 null。 |
6 | public InputStream getInputStream () throws IOException | 返回此套接字的輸入流。 |
7 | public OutputStream getOutputStream () throws IOException | 返回此套接字的輸出流。 |
8 | public void close () throws IOException | 關閉此套接字。 |
InetAddress 類的方法
這個類表示網際網路協議(IP)地址。下面列出了 Socket 程式設計時比較有用的方法:
序號 | 方法 | 方法描述 |
---|---|---|
1 | static InetAddress getByAddress (byte[] addr) | 在給定原始 IP 地址的情況下,返回 InetAddress 物件。 |
2 | static InetAddress getByAddress (String host, byte[] addr) | 根據提供的主機名和 IP 地址建立 InetAddress。 |
3 | static InetAddress getByName (String host) | 在給定主機名的情況下確定主機的 IP 地址。 |
4 | String getHostAddress () | 返回 IP 地址字串(以文字表現形式)。 |
5 | String getHostName () | 獲取此 IP 地址的主機名。 |
6 | static InetAddress getLocalHost () | 返回本地主機。 |
7 | String toString () | 將此 IP 地址轉換為 String。 |
TCP Socket
Java 為 TCP 協議提供了兩個類:Socket 類和 ServerSocket 類。
一個 Socket 例項代表了TCP連線的一端。
一個 TCP 連線(TCP connection)是一條抽象的雙向通道,兩端分別由IP地址和埠號確定。在開始通訊之前,要建立一個 TCP 連線,這需要先由客戶端 TCP 向伺服器端 TCP傳送連線請求。
ServerSocket 例項則監聽 TCP 連線請求,併為每個請求建立新的 Socket 例項。
也就是說,伺服器端要同時處理ServerSocket 例項和 Socket 例項,而客戶端只需要使用 Socket例項。
每個Socket例項會關聯一個InputStream和OutputStream物件,我們通過將位元組寫入套接字的OutputStream來發送資料,並通過從InputStream來接收資料。
TCP連線的建立步驟
客戶端向伺服器端傳送連線請求後,就被動地等待伺服器的響應。典型的TCP客戶端要經過下面三步操作:
1、建立一個Socket例項:建構函式向指定的遠端主機和埠建立一個TCP連線;
2、通過套接字的I/O流與服務端通訊;
3、使用Socket類的close方法關閉連線。
服務端的工作是建立一個通訊終端,並被動地等待客戶端的連線。典型的TCP服務端執行如下兩步操作:
1、建立一個ServerSocket例項並指定本地埠,用來監聽客戶端在該埠傳送的TCP連線請求;
2、重複執行:1)呼叫ServerSocket的accept()方法以獲取客戶端連線,並通過其返回值建立一個Socket例項;
2)為返回的Socket例項開啟新的執行緒,並使用返回的Socket例項的I/O流與客戶端通訊;
3)通訊完成後,使用Socket類的close()方法關閉該客戶端的套接字連線
TCP Demo
Demo1.基本的流傳送示例:
服務端開啟一個TCP伺服器,引數為埠號
客戶端啟動一個TCP服務,引數為服務端的地址,傳送的字元,埠號
客戶端
import java.net.Socket;
import java.net.SocketException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
if ((args.length < 2) || (args.length > 3))
throw new IllegalArgumentException(
"Parameter(s):<Server> <Word> [<Port>]");
String server = args[0]; // Server name or IP address
/* Convert argument String to bytes using the default character encoding */
byte[] senddata = args[1].getBytes();
int servPort = (args.length == 3) ? Integer.parseInt(args[2]) : 7;
/* Create socket that is connected to server onspecified port*/
Socket socket = new Socket(server, servPort);
System.out.println("Connected to server...sending echo string");
InputStream in = socket.getInputStream();
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write(senddata); // Send the encoded string to the server
int totalBytesRcvd = 0; // Total bytes received so far
byte[] recvdata = new byte[in.available()];
int bytesRcvd; // Bytes received in last read
while (totalBytesRcvd < recvdata.length) {
if ((bytesRcvd = in.read(recvdata, totalBytesRcvd, recvdata.length
- totalBytesRcvd)) == -1)
throw new SocketException("Connection closed prematurely");
totalBytesRcvd += bytesRcvd;
} // data array is full
System.out.println("Received: " + new String(recvdata));
socket.close(); // Close the socket and its streams
}
}
服務端
import java.net.*; // for Socket, ServerSocket, andInetAddress
import java.io.*; // for IOException and Input/OutputStream
public class TCPServer {
private static final int BUFSIZE = 32; // Size of receivebuffer
public static void main(String[] args) throws IOException {
if (args.length != 1) // Test for correct # of args
throw new IllegalArgumentException("Parameter(s): <Port>");
int servPort = Integer.parseInt(args[0]);
/* Create a server socket to accept client connection requests */
ServerSocket servSock = new ServerSocket(servPort);
int recvMsgSize; // Size of received message
byte[] receiveBuf = new byte[BUFSIZE]; // Receive buffer
while (true) { // Run forever, accepting and servicing connections
Socket clntSock = servSock.accept(); // Get client connection
SocketAddress clientAddress = clntSock.getRemoteSocketAddress();
System.out.println("Handling client at " + clientAddress);
InputStream in = clntSock.getInputStream();
OutputStream out = clntSock.getOutputStream();
/* Receive until client closes connection, indicated by -1 return*/
while ((recvMsgSize = in.read(receiveBuf)) != -1) {
out.write(receiveBuf, 0, recvMsgSize);
}
clntSock.close(); // Close the socket. We are done with this client!
}
/* NOT REACHED */
}
}
Demo2.
客戶端從控制檯輸入字串,傳送到服務端
服務端受到客戶端的字串後,加上部分資訊(echo字串)返回到客戶端
客戶端
package zyb.org.client;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketTimeoutException;
public class Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//客戶端請求與本機在20006埠建立TCP連線
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 20006);
client.setSoTimeout(10000);
//獲取鍵盤輸入
BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
//獲取Socket的輸出流,用來發送資料到服務端
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
//獲取Socket的輸入流,用來接收從服務端傳送過來的資料
BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
boolean flag = true;
while(flag){
System.out.print("輸入資訊:");
String str = input.readLine();
//傳送資料到服務端
out.println(str);
if("bye".equals(str)){
flag = false;
}else{
try{
//從伺服器端接收資料有個時間限制(系統自設,也可以自己設定),超過了這個時間,便會丟擲該異常
String echo = buf.readLine();
System.out.println(echo);
}catch(SocketTimeoutException e){
System.out.println("Time out, No response");
}
}
}
input.close();
if(client != null){
//如果建構函式建立起了連線,則關閉套接字,如果沒有建立起連線,自然不用關閉
client.close(); //只關閉socket,其關聯的輸入輸出流也會被關閉
}
}
}
服務端
package zyb.org.server;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//服務端在20006埠監聽客戶端請求的TCP連線
ServerSocket server = new ServerSocket(20006);
Socket client = null;
boolean f = true;
while(f){
//等待客戶端的連線,如果沒有獲取連線
client = server.accept();
System.out.println("與客戶端連線成功!");
//為每個客戶端連線開啟一個執行緒
new Thread(new ServerThread(client)).start();
}
server.close();
}
}
服務端 執行緒類
package zyb.org.server;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
/**
* 該類為多執行緒類,用於服務端
*/
public class ServerThread implements Runnable {
private Socket client = null;
public ServerThread(Socket client){
this.client = client;
}
@Override
public void run() {
try{
//獲取Socket的輸出流,用來向客戶端傳送資料
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
//獲取Socket的輸入流,用來接收從客戶端傳送過來的資料
BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
boolean flag =true;
while(flag){
//接收從客戶端傳送過來的資料
String str = buf.readLine();
if(str == null || "".equals(str)){
flag = false;
}else{
if("bye".equals(str)){
flag = false;
}else{
//將接收到的字串前面加上echo,傳送到對應的客戶端
out.println("echo:" + str);
}
}
}
out.close();
client.close();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
UDP Socket
UDP協議提供的服務不同於TCP協議的端到端服務,它是面向非連線的,屬不可靠協議,UDP套接字在使用前不需要進行連線。實際上,UDP協議實現了兩個功能:
1)在IP協議的基礎上添加了埠;
2)對傳輸過程中可能產生的資料錯誤進行了檢測,並拋棄已經損壞的資料。 UDP的Java支援
Java通過DatagramPacket類和DatagramSocket類來使用UDP套接字,客戶端和伺服器端都通過DatagramSocket的send()方法和receive()方法來發送和接收資料,用DatagramPacket來包裝需要傳送或者接收到的資料。傳送資訊時,Java建立一個包含待發送資訊的DatagramPacket例項,並將其作為引數傳遞給DatagramSocket例項的send()方法;
接收資訊時,Java程式首先建立一個DatagramPacket例項,該例項預先分配了一些空間,並將接收到的資訊存放在該空間中,然後把該例項作為引數傳遞給DatagramSocket例項的receive()方法。
在建立DatagramPacket例項時,要注意:如果該例項用來包裝待接收的資料,則不指定資料來源的遠端主機和埠,只需指定一個快取資料的byte陣列即可(在呼叫receive()方法接收到資料後,源地址和埠等資訊會自動包含在DatagramPacket例項中),而如果該例項用來包裝待發送的資料,則要指定要傳送到的目的主機和埠。
UDP的通訊建立的步驟
UDP客戶端首先向被動等待聯絡的伺服器傳送一個數據報文。一個典型的UDP客戶端要經過下面三步操作:
1、建立一個DatagramSocket例項,可以有選擇地對本地地址和埠號進行設定,如果設定了埠號,則客戶端會在該埠號上監聽從伺服器端傳送來的資料;
2、使用DatagramSocket例項的send()和receive()方法來發送和接收DatagramPacket例項,進行通訊;
3、通訊完成後,呼叫DatagramSocket例項的close()方法來關閉該套接字。
由於UDP是無連線的,因此UDP服務端不需要等待客戶端的請求以建立連線。另外,UDP伺服器為所有通訊使用同一套接字,這點與TCP伺服器不同,TCP伺服器則為每個成功返回的accept()方法建立一個新的套接字。一個典型的UDP服務端要經過下面三步操作:
1、建立一個DatagramSocket例項,指定本地埠號,並可以有選擇地指定本地地址,此時,伺服器已經準備好從任何客戶端接收資料報文;
2、使用DatagramSocket例項的receive()方法接收一個DatagramPacket例項,當receive()方法返回時,資料報文就包含了客戶端的地址,這樣就知道了回覆資訊應該傳送到什麼地方;
3、使用DatagramSocket例項的send()方法向伺服器端返回DatagramPacket例項。
這裡有一點需要注意:
UDP程式在receive()方法處阻塞,直到收到一個數據報文或等待超時。由於UDP協議是不可靠協議,如果沒有收到DatagramPacket,那麼程式將會一直阻塞在receive()方法處,這樣客戶端將永遠都接收不到伺服器端傳送回來的資料,但是又沒有任何提示。為了避免這個問題,我們在客戶端使用DatagramSocket類的setSoTimeout()方法來制定receive()方法的最長阻塞時間,並指定重發資料報的次數,如果每次阻塞都超時,並且重發次數達到了設定的上限,則關閉客戶端。
TCP Demo
一個客戶端服務端UDP通訊的Demo(沒有用多執行緒),該客戶端在本地2222埠監聽接收到的資料,並將字串"Hello UDPserver"傳送到本地伺服器的3222埠,服務端在本地3222埠監聽接收到的資料,如果接收到資料,則返回字串"Hello UDPclient"到該客戶端的2222埠。在客戶端,由於程式可能會一直阻塞在receive()方法處,因此這裡我們在客戶端用DatagramSocket例項的setSoTimeout()方法來指定receive()的最長阻塞時間TIMEOUT ,並設定重發資料的次數MAXNUM ,如果最終依然沒有接收到從服務端傳送回來的資料,我們就關閉客戶端。
客戶端
import java.io.IOException;
import java.io.InterruptedIOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
public class UdpClient {
private static final int MAXNUM = 5; // 設定重發資料的最多次數
private static final int TIMEOUT = 5000; //設定接收資料的超時時間
private static final int CLIENT_PORT = 2222;
private static final int SERVER_PORT = 3222;
private static final int REV_SIZE = 1024; //接收資料的儲存空間大小
public static void main(String[] args) throws IOException {
String str_send = "Hello UDPserver"; //要傳送的字串
byte[] buf_rev = new byte[REV_SIZE]; //要接收的儲存空間
/*第一步 例項化DatagramSocket*/
DatagramSocket mSoc = new DatagramSocket(CLIENT_PORT);
mSoc.setSoTimeout(TIMEOUT); //設定接收資料時阻塞的最長時間
/*第二步 例項化用於傳送的DatagramPacket和用於接收的DatagramPacket*/
InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
DatagramPacket data_send = new DatagramPacket(str_send.getBytes(),
str_send.length(), inetAddress, SERVER_PORT);
DatagramPacket data_rev = new DatagramPacket(buf_rev, REV_SIZE);
/*第三步 DatagramPacket send傳送資料,receive接收資料*/
int send_count = 0; // 重發資料的次數
boolean revResponse = false; // 是否接收到資料的標誌位
while (!revResponse && send_count < MAXNUM) {
try {
mSoc.send(data_send); //傳送資料
mSoc.receive(data_rev);//接收資料
if (!data_rev.getAddress().getHostAddress()
.equals(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress())) {
throw new IOException(
"Received packet from an umknown source");
}
revResponse = true;
} catch (InterruptedIOException e) {
// 如果接收資料時阻塞超時,重發並減少一次重發的次數
send_count += 1;
System.out.println("Time out," + (MAXNUM - send_count)
+ " more tries...");
}
}
if (revResponse) {
// 如果收到資料,則打印出來
System.out.println("client received data from server:");
String str_receive = new String(data_rev
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