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Java網路程式設計（Socket示例）

阿新 • • 發佈：2019-01-15

Java網路程式設計總結

本文主要對java網路程式設計Socket（套接字）介面的使用做詳細的介紹和使用。

一．網路程式設計中兩個主要的問題

一個是如何準確的定位網路上一臺或多臺主機，另一個就是找到主機後如何可靠高效的進行資料傳輸。

在TCP/IP協議中IP層主要負責網路主機的定位，資料傳輸的路由，由IP地址可以唯一地確定Internet上的一臺主機。

而TCP層則提供面向應用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的資料傳輸機制，

這是網路程式設計的主要物件，一般不需要關心IP層是如何處理資料的。

目前較為流行的網路程式設計模型是客戶機/伺服器（C/S）結構。

即通訊雙方一方作為伺服器等待客戶提出請求並予以響應。

客戶則在需要服務時向伺服器提 出申請。

伺服器一般作為守護程序始終執行，監聽網路埠，一旦有客戶請求，

就會啟動一個服務程序來響應該客戶，同時自己繼續監聽服務埠，使後來的客戶也 能及時得到服務。

二.兩類傳輸協議：TCP；UDP

TCP是Tranfer Control Protocol的 簡稱，是一種面向連線的保證可靠傳輸的協議。

通過TCP協議傳輸，得到的是一個順序的無差錯的資料流。

傳送方和接收方的成對的兩個socket之間必須建 立連線，

以便在TCP協議的基礎上進行通訊，當一個socket（通常都是server socket）等待建立連線時，

另一個socket可以要求進行連線，一旦這兩個socket連線起來，

它們就可以進行雙向資料傳輸，雙方都可以進行傳送 或接收操作。

UDP是User Datagram Protocol的簡稱，是一種無連線的協議，

每個資料報都是一個獨立的資訊，包括完整的源地址或目的地址，它在網路上以任何可能的路徑傳往目的地，

因此能否到達目的地，到達目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的。

(一)比較：UDP和TCP

UDP：

1.每個資料報中都給出了完整的地址資訊，因此無需要建立傳送方和接收方的連線。

2.UDP傳輸資料時是有大小限制的，每個被傳輸的資料報必須限定在64KB之內。

3.UDP是一個不可靠的協議，傳送方所傳送的資料報並不一定以相同的次序到達接收方

TCP：

1.面向連線的協議，在socket之間進行資料傳輸之前必然要建立連線，所以在TCP中需要連線時間。

 2.TCP傳輸資料大小限制，一旦連線建立起來，雙方的socket就可以按統一的格式傳輸大的資料。

 3.TCP是一個可靠的協議，它確保接收方完全正確地獲取傳送方所傳送的全部資料。

（二）應用：

1.TCP在網路通訊上有極強的生命力，

例如遠端連線（Telnet）和檔案傳輸（FTP）都需要不定長度的資料被可靠地傳輸。

但是可靠的傳輸是要付出代價的，對資料內容正確性的檢驗必然佔用計算機的處理時間和網路的頻寬，

因此TCP傳輸的效率不如UDP高。

2.UDP操作簡單，而且僅需要較少的監護，

因此通常用於區域網高可靠性的分散系統中client/server應用程式。

例如視訊會議系統，並不要求音訊視訊資料絕對的正確，只要保證連貫性就可以了，

這種情況下顯然使用UDP會更合理一些。

三．基於Socket的java網路程式設計

（一）Socket的定義

網路上的兩個程式通過一個雙向的通訊連線實現資料的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。

Socket通常用來實現客戶方和服務方的連線。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的程式設計介面，

一個Socket由一個IP地址和一個埠號唯一確定。

但是，Socket所支援的協議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯絡的。

在Java環境下，Socket程式設計主要是指基於TCP/IP協議的網路程式設計。

（二）Socket通訊的過程

Server端Listen(監聽)某個埠是否有連線請求，Client端向Server 端發出Connect(連線)請求，

Server端向Client端發回Accept（接受）訊息。一個連線就建立起來了。

Server端和Client 端都可以通過Send，Write（socket.getOutputStream/socket.getInputStream）等方法與對方通訊。

對於一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結構，其工作過程包含以下四個基本的步驟：

1. 建立Socket；

2. 開啟連線到Socket的輸入/出流；

3. 按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作；

4.關閉Socket.（在實際應用中，並未使用到顯示的close，雖然很多文章都推薦如此，不過在我的程式中，可能因為程式本身比較簡單，要求不高，所以並未造成什麼影響。）

(三)建立Socket

建立Socket在java包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，

分別用來表示雙向連線的客戶端和服務端。這是兩個封裝得非常好的類，使用很方便。其構造方法如下：

客戶端類的構造器：

　　Socket(InetAddress address, int port);

　　Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);

　　Socket(String host, int prot); //主要使用

　　Socket(String host, int prot, boolean stream);

　　Socket(SocketImpl impl)

　　Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

　　Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

服務端類的構造器：

ServerSocket(int port);  //主要使用

　　ServerSocket(int port, int backlog);

　　ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)

其中address、host和port分別是雙向連線中另一方的IP地址、主機名和端 口號，stream指明socket是流socket還是資料報socket，localPort表示本地主機的埠號，localAddr和 bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既可以用來建立serverSocket又可 以用來建立Socket。count則表示服務端所能支援的最大連線數。例如：

Socket client = new Socket("127.0.01", 5555);  //127.0.01任何時候都代表本機IP地址，5555是自定義的埠號

　　ServerSocket server = new ServerSocket(5555);

　　注意，在選擇埠時，必須小心。每一個埠提供一種特定的服務，

只有給出正確的埠，才 能獲得相應的服務。

0~1023的埠號為系統所保留，例如http服務的埠號為80,telnet服務的埠號為21,ftp服務的埠號為23, 

所以我們在選擇埠號時，最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突。

　　在建立socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程式中必須對之作出處理。所以在建立Socket或ServerSocket是必須捕獲或丟擲例外。

（四）簡單的Client/Server程式

程式實現的功能：

（1）伺服器在每一臺客戶端登陸的時候：傳送一條簡訊給客戶端“伺服器正在向你傳送訊息！”，然後在伺服器端顯示連線上的客戶端主機地址。

（2）客戶端連線上了，會接收到一條簡訊，並且可以對伺服器一直進行傳送簡訊。

（3）伺服器可以一直接收客戶端的簡訊。

（4）這裡伺服器只寫一句話，但是想要像客戶端那樣一直寫也是可以的，改一下就可以了。

1. 伺服器端程式的編寫

  1. package com.xykj.server;  
  2. import java.io.IOException;  
  3. import java.io.InputStream;  
  4. import java.io.OutputStream;  
  5. import java.net.ServerSocket;  
  6. import java.net.Socket;  
  7. /**  
  8.     伺服器端繼承Thread  
  9.  * 可以實現簡單的互動  
  10.  * */  
  11. public class Server extends Thread {  
  12.     // 定義伺服器介面ServerSocket  
  13.     ServerSocket server = null;  
  14.     // 定義一個伺服器，定義埠  
  15.     public Server(int port) {  
  16.         try {  
  17.             server = new ServerSocket(port);  
  18.         } catch (IOException e) {  
  19.             e.printStackTrace();  
  20.         }  
  21.     }  
  22.     // 傳送訊息的執行緒  
  23.     @Override  
  24.     public void run() {  
  25.         super.run();  
  26.         try {  
  27.             System.out.println("伺服器在啟動中...等待使用者的連線");  
  28.             //一直接收使用者的連線，連線之後傳送一條簡訊給使用者  
  29.             while(true){  
  30.                 // 建立socket介面，accept方法是一個阻塞程序,等到有使用者連線才往下走  
  31.                 // 定義Socket類  
  32.                 Socket  socket = server.accept();  
  33.                 //通過socket物件可以獲得輸出流，用來寫資料  
  34.                 OutputStream os = socket.getOutputStream();  
  35.                 // 向客戶端傳送訊息  
  36.                 os.write("伺服器正在向你傳送訊息！".getBytes());  
  37.                 //在伺服器上顯示連線的上的電腦、  
  38.                 System.out.println(socket.getInetAddress().getHostAddress()+"連線上了！");  
  39.                 //通過socket物件可以獲得輸入流，用來讀取使用者資料  
  40.                 InputStream is=socket.getInputStream();  
  41.                 //讀取資料  
  42.                 int len=0;  
  43.                 byte[] buf=new byte[1024];  
  44.                 while ((len=is.read(buf))!=-1) {  
  45.                     //直接把獲得的資料打印出來  
  46.                     System.out.println("伺服器接收到客戶端的資料："+new String(buf,0,len));  
  47.                 }  
  48.             }  
  49.         } catch (IOException e) {  
  50.             e.printStackTrace();  
  51.         }  
  52.     }  
  53. }  

伺服器的啟動：

  1. package com.xykj.server;  
  2. ublic class ServerTest {  
  3. public static void main(String[] args) {  
  4.     //這裡伺服器只需要定義一個埠號就可以了，程式會自動獲取IP地址  
  5.     //但是客戶端需要連線這個伺服器時，需要知道它的IP地址還有埠號  
  6.     //ip地址的檢視方法：進入cmd視窗，輸入ipconfig/all可以看到  
  7.      Server server=new Server(6768);  
  8.      server.start();  
  9. }  

2. 客戶端程式的編寫

  1. package com.xykj.client;  
  2. import java.io.IOException;  
  3. import java.io.InputStream;  
  4. import java.io.OutputStream;  
  5. import java.net.Socket;  
  6. import java.net.UnknownHostException;  
  7. import java.util.Scanner;  
  8. public class Client extends Thread {  
  9.     //定義一個Socket物件  
  10.     Socket socket = null;  
  11.     public Client(String host, int port) {  
  12.         try {  
  13.             //需要伺服器的IP地址和埠號，才能獲得正確的Socket物件  
  14.             socket = new Socket(host, port);  
  15.         } catch (UnknownHostException e) {  
  16.             e.printStackTrace();  
  17.         } catch (IOException e) {  
  18.             e.printStackTrace();  
  19.         }  
  20.     }  
  21.     @Override  
  22.     public void run() {  
  23.         //客戶端一連線就可以寫資料個伺服器了  
  24.         new sendMessThread().start();  
  25.         super.run();  
  26.         try {  
  27.             // 讀Sock裡面的資料  
  28.             InputStream s = socket.getInputStream();  
  29.             byte[] buf = new byte[1024];  
  30.             int len = 0;  
  31.             while ((len = s.read(buf)) != -1) {  
  32.                 System.out.println(new String(buf, 0, len));  
  33.             }  
  34.         } catch (IOException e) {  
  35.             e.printStackTrace();  
  36.         }  
  37.     }  
  38.     //往Socket裡面寫資料，需要新開一個執行緒  
  39.     class sendMessThread extends Thread{  
  40.         @Override  
  41.         public void run() {  
  42.             super.run();  
  43.             //寫操作  
  44.             Scanner scanner=null;  
  45.             OutputStream os= null;  
  46.             try {  
  47.                 scanner=new Scanner(System.in);  
  48.                 os= socket.getOutputStream();  
  49.                 String in="";  
  50.                 do {  
  51.                     in=scanner.next();  
  52.                     os.write(("客戶端:"+in).getBytes());  
  53.                     os.flush();  
  54.                 } while (!in.equals("bye"));  
  55.             } catch (IOException e) {  
  56.                 e.printStackTrace();  
  57.             }   
  58.             scanner.close();  
  59.             try {  
  60.                 os.close();  
  61.             } catch (IOException e) {  
  62.                 e.printStackTrace();  
  63.             }  
  64.         }  
  65.     }  
  66. }  

啟動客戶端：

  1. package com.xykj.client2;  
  2. public class ClientTest2 {  
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.         //需要伺服器的正確的IP地址和埠號  
  5.          Client2 client2=new Client2("192.168.18.128", 6768);  
  6.          client2.start();  
  7.     }  
  8. }  

程式中要先開啟服務端，在開啟客戶端，否則會報錯！

還有就是一般的電腦是動態的IP地址，每天都在變化。要注意修改！

（五）支援多客戶的client/server程式

在實際應用 中，往往是在伺服器上執行一個永久的程式，它可以接收來自其他多個客戶端的請求，

提供相應的服務。伺服器總是在指定的埠上監聽是否有客戶請求，一旦監聽到客戶請求，

伺服器就會啟動一個專門的服務執行緒來響 應該客戶的請求，

而伺服器本身在啟動完執行緒之後馬上又進入監聽狀態，等待下一個客戶的到來。

並且每一個使用者對應一個固定的執行緒來接收資訊。

伺服器還會把接收到的資訊傳送給所有連線上的客戶端。

示例：多人聊天室的實現：

1.伺服器端的設計

  1. package com.xykj.server2;  
  2. import java.io.IOException;  
  3. import java.io.InputStream;  
  4. import java.io.OutputStream;  
  5. import java.net.ServerSocket;  
  6. import java.net.Socket;  
  7. import java.util.ArrayList;  
  8. import java.util.List;  
  9. /**  
  10.  * 可以實現和客戶端的相互發送訊息的互動 可以是多臺電腦  

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