Android網路程式設計之--Socket
引言
這篇文章你能學到什麼?
- 瞭解網路通訊的基本原理
- 學會最基礎的Socket通訊原理(萬丈高樓平地起)
- 明白TCP協議與UDP協議的區別與適用場景
網路程式設計基礎
TCP/IP協議
我們先看看從巨集觀上來看兩臺機器是如何通訊的。
我們通過QQ和伺服器進行通訊,都需要哪些東西呢?
兩臺主機進行通訊,需要知道雙方電腦的的地址(也就是IP地址);知道兩個電腦的地址之後,我們還需要知道我傳送到目的電腦的目的軟體(使用埠標記)。這樣兩臺電腦連線成功之後就可以進行通訊了。
那麼這些東西例如:目的地如何規定,傳送的資料如何包裝,放到哪裡?這中間就需要有各種協議。大家都使用這個協議,統一成一個規範,這樣符合這個規範的各種裝置之間能夠進行相容性的通訊。
最為廣泛的的協議就是OSI協議和TCP/IP協議了,但是OSI協議較為繁瑣,未推廣(想了解的自己Google)。反而TCP/IP(transfer control protocol/internet protocol,傳輸控制協議/網際協議)協議簡單明瞭,得到現今的廣泛使用。
TCP/IP準確的說是一組協議,是很多協議的集合,是一組協議集合的簡稱。來看看:
名稱 | 協議 | 功能 |
---|---|---|
應用層 | HTTP、Telnet、FTP、TFTP | 提供應用程式網路介面 |
傳輸層 | TCP、UDP | 建立端到端的連線 |
網路層 | IP | 定址和路由 |
資料鏈路層 | Ethernet、802.3、PPP | 物理介質訪問 |
物理層 | 介面和電纜 | 二進位制資料流傳輸 |
下面以QQ的資料傳輸為例子:
QQ的資料傳輸IP地址、埠
在上節中我們知道端到端的連線提到了幾個關鍵的字眼:IP地址、埠;
IP地址用來標記唯一的計算機位置,埠號用來標記一臺電腦中的不同應用程式。
其中IP地址是32為二進位制,例如:192.168.0.0.1等等,這個組合方式是一種協議拼起來的,詳情Google。
埠號範圍是065536,其中0
協議名稱 | 協議功能 | 預設埠號 |
---|---|---|
HTTP(HypertextTransfer Protocol)超文字傳輸協議 | 瀏覽網頁 | 80 |
FTP(File TransferProtocol) 檔案傳輸協議 | 用於網路上傳輸檔案 | 21 |
TELNET | 遠端終端訪問 | 23 |
POP3(Post OfficeProtocol) | 郵局協議版本 | 110 |
IP地址和埠號組成了我們的Socket,也就是“套接字”,Socket只是一個API。
Socket原理機制:
通訊的兩端都有Socket
網路通訊其實就是Socket間的通訊
資料在兩個Socket間通過IO傳輸
單獨的Socke是沒用任何作用的,基於一定的協議(比如:TCP、UDP協議)下的socket程式設計才能使得資料暢通傳輸,下面我們就開始吧。
基於TCP(傳輸控制協議)協議的Socket程式設計
以下將“基於TCP(傳輸控制協議)協議的Socket程式設計”簡稱為TCP程式設計
既然基於TCP,那麼就有著它的一套程式碼邏輯體系。我們只需要在Socket API的幫助下,使用TCP協議,就可以進行一個完整的TCP程式設計了。
主要API:
Socket,客戶端相關
- 構造方法
public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException
釋義:建立一個流套接字並將其連線到指定主機上的指定埠號(就是用來連線到host主機的port埠的) - 方法
|方法名稱 | 方法功能|
| ————- :|————-:|
|getInputStream()) | 拿到此套接字的輸入流,收到的資料就在這裡 |
|getOutputStream()| 返回此套接字的輸出流。 要傳送的資料放到這裡|
ServerSocket,伺服器相關
- 構造方法
ServerSocket(int port)
釋義:建立服務端的監聽port埠的套接字 - 方法
Socket accept() throws IOException
偵聽並接受到此套接字的連線。此方法在連線傳入之前一直阻塞。服務端通過這個方法拿到與客戶端建立端到端的連線的socket。
總體流程圖示:
Socket通訊流程- TCP程式設計的服務端流程:
1.建立ServerSocket類物件-serverSocket
2.使用serverSocket開始一直阻塞監聽,等待客戶端傳送來資料並且得到socket
3.根據socket的輸入流讀取客戶端的資料,根據socket的輸出流返回給客戶端資料
4.關閉socket以及IO流 - TCP程式設計的客戶端物件
1.建立客戶端的socket物件
2.使用客戶端的socket物件的輸出流傳送給伺服器資料,使用客戶端的socket物件的輸入流得到服務端的資料
TCP程式設計
下面我們使用上面的TCP程式設計的流程來實現:手機發送資訊到伺服器,伺服器返回給我們資料。
手機發送資訊到伺服器,伺服器返回給我們資料服務端的話,這裡使用eclipse。使用Eclipse新建一個Server.java來處理伺服器端的邏輯。客戶端的話使用AS來新建一個Client.java檔案。然後執行伺服器,在執行手機上的程式,從手機上傳送一段內容到伺服器端接收。大概就是這裡流程。
伺服器端:
伺服器端新建TcpSocketDemo工程Code:
package com.hui;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class Server {
public static void main(String[] args) {
try {
// 為了看流程,我就把所有的程式碼都放在main函式裡了,也沒有捕捉異常,直接丟擲去了。實際開發中不可取。
// 1.新建ServerSocket物件,建立指定埠的連線
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12306);
System.out.println("服務端監聽開始了~~~~");
// 2.進行監聽
Socket socket = serverSocket.accept();// 開始監聽9999埠,並接收到此套接字的連線。
// 3.拿到輸入流(客戶端傳送的資訊就在這裡)
InputStream is = socket.getInputStream();
// 4.解析資料
InputStreamReader reader = new InputStreamReader(is);
BufferedReader bufReader = new BufferedReader(reader);
String s = null;
StringBuffer sb = new StringBuffer();
while ((s = bufReader.readLine()) != null) {
sb.append(s);
}
System.out.println("伺服器:" + sb.toString());
// 關閉輸入流
socket.shutdownInput();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write(("我是服務端,客戶端發給我的資料就是:"+sb.toString()).getBytes());
os.flush();
// 關閉輸出流
socket.shutdownOutput();
os.close();
// 關閉IO資源
bufReader.close();
reader.close();
is.close();
socket.close();// 關閉socket
serverSocket.close();// 關閉ServerSocket
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
注意:
在使用TCP程式設計的時候,最後需要釋放資源,關閉socket(socket.close()
);關閉socket輸入輸出流(socket.shutdownInput()以及socket.shutdownOutput()
);關閉IO流(is.close() os.close()
)。需要注意的是:關閉socket的輸入輸出流需要放在關閉io流之前。因為, <u>**關閉IO流會同時關閉socket,一旦關閉了socket的,就不能再進行socket的相關操作了。而,只關閉socket輸入輸出流(socket.shutdownInput()以及socket.shutdownOutput()
)不會完全關閉socket,此時任然可以進行socket方面的操作。 **</u>所以要先呼叫socket.shutdownXXX,然後再呼叫io.close();
客戶端:
頁面檔案沒什麼好看的。然後就是點選button的時候傳送資料,收到資料展示出來。我們這裡主要看點選按鈕時做的事情。
public void onClick(View view){
new Thread(){
@Override
public void run() {
super.run();
try {
//1.建立監聽指定伺服器地址以及指定伺服器監聽的埠號
Socket socket = new Socket("111.111.11.11", 12306);//111.111.11.11為我這個本機的IP地址,埠號為12306.
//2.拿到客戶端的socket物件的輸出流傳送給伺服器資料
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//寫入要傳送給伺服器的資料
os.write(et.getText().toString().getBytes());
os.flush();
socket.shutdownOutput();
//拿到socket的輸入流,這裡儲存的是伺服器返回的資料
InputStream is = socket.getInputStream();
//解析伺服器返回的資料
InputStreamReader reader = new InputStreamReader(is);
BufferedReader bufReader = new BufferedReader(reader);
String s = null;
final StringBuffer sb = new StringBuffer();
while((s = bufReader.readLine()) != null){
sb.append(s);
}
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
tv.setText(sb.toString());
}
});
//3、關閉IO資源(注:實際開發中需要放到finally中)
bufReader.close();
reader.close();
is.close();
os.close();
socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}.start();
}
注意!
實際開發中的關閉IO資源需要放到finally中。這裡主要是為了先理解TCP程式設計的socket通訊。還有,上面講過的io.close()
需要放到socket.showdownXX()
後面。
關於new Socket("111.111.11.11", 12306)
,如何檢視本機地址,自己百度哦~~~
整體執行結果如下:
TCP的單執行緒程式設計在上圖中,我們手機端傳送完一個請求後,服務端(Server)拿到資料,解析資料,返回給客戶端資料,關閉所有資源,也就是伺服器關閉了。這時,如果另一個客戶端再想跟伺服器進行通訊時,發現伺服器已經關閉了,無法與伺服器再次進行通訊。換句話說,只能跟伺服器通訊一次,服務端 只能支援單執行緒資料處理。也就是說,上面的伺服器的程式碼無法實現多執行緒程式設計,只能進行一次通訊。
那麼如果我們想實現server的多執行緒資料處理,使得server處理完我這個請求後不會關閉,任然可以處理其他客戶端的請求,怎麼辦呢?
TCP的多執行緒程式設計
思路:
在上面例子中,我們執行serversocket.accept()
等待客戶端去連線,與客戶建立完連線後,拿到對應的socket,然後進行相應的處理。那麼多個客戶端的請求,我們就一直不關閉ServerSocket,一直等待客戶端連線,一旦建立連線拿到socket,就可以吧這個socket放到單獨的執行緒中,從而實現這個建立連線的端到端通訊的socket在自己單獨的執行緒中處理。這樣就能實現Socket的多執行緒處理。
- step1:
建立ServerThread,單獨處理拿到的socket,使得客戶端到伺服器端的這個socket會話在一個單獨的執行緒中。
package com.hui;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
public class ServerThread extends Thread{
private Socket socket;
//在構造中得到要單獨會話的socket
public ServerThread(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
super.run();
InputStreamReader reader = null;
BufferedReader bufReader = null;
OutputStream os = null;
try {
reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
bufReader = new BufferedReader(reader);
String s = null;
StringBuffer sb = new StringBuffer();
while((s = bufReader.readLine()) != null){
sb.append(s);
}
System.out.println("伺服器:"+sb.toString());
//關閉輸入流
socket.shutdownInput();
//返回給客戶端資料
os = socket.getOutputStream();
os.write(("我是服務端,客戶端發給我的資料就是:"+sb.toString()).getBytes());
os.flush();
socket.shutdownOutput();
} catch (IOException e2) {
e2.printStackTrace();
} finally{//關閉IO資源
if(reader != null){
try {
reader.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(bufReader != null){
try {
bufReader.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(os != null){
try {
os.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
- step2:
建立MultiThreadServer
package com.hui;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class MultiThreadServer {
public static void main(String[] args) {
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12306);
//死迴圈
while(true){
System.out.println("MultiThreadServer~~~監聽~~~");
//accept方法會阻塞,直到有客戶端與之建立連線
Socket socket = serverSocket.accept();
ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);
serverThread.start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
下面我使用兩個手機,多次進行與伺服器的連線,演示如下:
總體結果:
重要的事情說三遍!萬丈高樓平地起!萬丈高樓平地起!!萬丈高樓平地起!!!只有當我們明白了最底層的,知識才是最牢固的。上面的講解的是基於TCP協議的socket程式設計。而我們後來將要講的HTTP相關的大都是基於TCP/IP協議的。一個TCP/IP協議我們又不能直接使用,Socket可以說是TCP/IP協議的抽象與包裝,然後我們就可以做相對於TCP/IP的網路通訊與資訊傳輸了。
UDP程式設計
上面我們講解了基於TCP協議的Socket程式設計,現在開始我們就開始講解基於UDP協議的Socket程式設計了。
UDP,是User Datagram Protocol,也就是使用者資料包協議。關鍵點在於“資料包”。主要就是把資料進行打包然後丟給目標,而不管目標是否接收到資料。主要的流程就是:<u>傳送者打包資料(DatagramPacket)然後通過DatagramSocket傳送,接收者收到資料包解開資料。</u>
主要API:
DatagramPacket,用來包裝傳送的資料
構造方法
傳送資料的構造
DatagramPacket(byte[] buf, int length,SocketAddress address)
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
用來將長度為 length 的包傳送到指定主機上的指定埠號。length 引數必須小於等於 buf.length。接收資料的構造:
public DatagramPacket(byte[] buf, int length)
用來接收長度為 length 的資料包。
DatagramSocket:
構造方法
DatagramSocket()
構造資料報套接字並將其繫結到 <u>本地主機上任何可用的埠 </u>。套接字將被繫結到萬用字元地址,IP 地址由核心來選擇。
DatagramSocket(int port)
建立資料報套接字並將其繫結到<u>本地主機上的指定埠</u>。套接字將被繫結到萬用字元地址,IP 地址由核心來選擇。
傳送資料
send(DatagramPacket p)
從此套接字傳送資料報包。DatagramPacket 包含的資訊指示:將要傳送的資料、其長度、遠端主機的 IP 地址和遠端主機的埠號。
接收資料
receive(DatagramPacket p)
從此套接字接收資料報包。當此方法返回時,DatagramPacket 的緩衝區填充了接收的資料。資料報包也包含傳送方的 IP 地址和傳送方機器上的埠號。
下面開始程式碼了
客戶端
主要頁面與上面的tcp一致,只不過是通訊時的方法改了。如下:
private void udp() {
byte[] bytes = et.getText().toString().getBytes();
try {
/*******************傳送資料***********************/
InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.232.2");
//1.構造資料包
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, 12306);
//2.建立資料報套接字並將其繫結到本地主機上的指定埠。
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
//3.從此套接字傳送資料報包。
socket.send(packet);
/*******************接收資料***********************/
//1.構造 DatagramPacket,用來接收長度為 length 的資料包。
final byte[] bytes1 = new byte[1024];
DatagramPacket receiverPacket = new DatagramPacket(bytes1, bytes1.length);
socket.receive(receiverPacket);
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
tv.setText(new String(bytes1, 0, bytes1.length));
}
});
// socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
服務端
UDPServer
package com.hui;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetSocketAddress;
public class UDPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
byte[] buf = new byte[1024];
// 一:接受資料
// 1.建立接受資料的資料包
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
// 2.建立UPD 的 socket
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(12306);
// 3.接收資料
System.out.println("服務端開始監聽!~~~~");
socket.receive(packet);
// 4.處理資料
System.out.println("服務端:" + new String(buf, 0, buf.length));
// 二:返回資料
DatagramPacket p = new DatagramPacket(buf, buf.length, packet.getAddress(), packet.getPort());
socket.send(p);
socket.close();
}
}
UDP通訊
TCP與UDP區別與使用場景
至此,基於TCP、UDP協議的Socket通訊已經講完了基礎部分。那麼這兩個協議在實際中有什麼區別,分別適用於什麼場景呢?
TCP
對於TCP的資料傳輸而言,傳輸資料之前需要進行三次握手建立穩定的連線。建立連線通道後,資料包會在這個通道中以位元組流的形式進行資料的傳輸。由於建立穩定連線後才開始傳輸資料,而同時還是以位元組流的形式傳送資料,所以傳送資料速度較慢,但是不會造成資料包丟失。即使資料包丟失了,會進行資料重發。同時,如果收到的資料包順序錯亂,會進行排序糾正。
三次握手??
這個網路上的解釋太多了,想詳細瞭解的自行去百度上Google一下。<u>簡單理解</u>的就是這樣的:我家是農村的,記得小時後爺爺在田裡種地。到了晌午時間,奶奶快燒好飯後我都要去喊爺爺吃飯,因為幹農活的地離家裡不遠不近的,我就跑到隔壁家裡的平頂房上喊爺爺吃飯。我先大喊一聲“爺爺,回家吃飯啦”。爺爺如果聽到我說的話就會給我一個應答“好的!知道了,馬上就回去,你們先吃吧!”我只有聽到了這句話,才知道爺爺這個時候能聽到我說的話,我然後就再次回答爺爺:“好的!那你快點!”這三句話說完,就確定了我能聽到爺爺的應答,爺爺也能聽到我的回覆。這樣我就確定我跟爺爺之間的喊話通道是正常的,如果還想對爺爺說什麼話,直接說就好了。最後,爺爺聽到了我說的話,就不再回復我的話了,然後,拿起鋤頭回來了。
總結下來,就是面向連線、資料可靠,速度慢,有序的。
<u>適用於需要安全穩定傳輸資料的場景。例如後面要講解的HTTP、HTTPS網路協議,FTP檔案傳輸協議以及POP、SMTP郵件傳輸協議。或者開發交易類、支付類等軟體時,都需要基於TCP協議的Socket連線進行安全可靠的資料傳輸等等</u>
UDP
對於UDP的資料傳輸而言,UDP不會去建立連線。它不管目的地是否存在,直接將資料傳送給目的地,同時不會過問傳送的資料是否丟失,到達的資料是否順序錯亂。如果你想處理這些問題的話,需要自己在應用層自行處理。
總結下來,不面向連線、資料不可靠、速度快、無序的。
<u>適用於需要實時性較高不較為關注資料結果的場景,例如:打電話、視訊會議、廣播電臺,等。</u>