JAVA: Socket(套接字)讲解

什么是 Socket

Socket(套接字):是在网络上运行两个程序之间的双向通信链路的一个端点。socket绑定到一个端口号,使得 TCP 层可以标识数据最终要被发送到哪个应用程序。

正常情况下,一台服务器在特定计算机上运行,​​并具有被绑定到特定端口号的 socket。服务器只是等待,并监听用于客户发起的连接请求的 socket 。

在客户端:客户端知道服务器所运行的主机名称以及服务器正在侦听的端口号。建立连接请求时,客户端尝试与主机服务器和端口会合。客户端也需要在连接中将自己绑定到本地端口以便于给服务器做识别。本地端口号通常是由系统分配的。

JAVA: Socket(套接字)讲解
JAVA: Socket(套接字)讲解

如果一切顺利的话,服务器接受连接。一旦接受,服务器获取绑定到相同的本地端口的新 socket ,并且还具有其远程端点设定为客户端的地址和端口。它需要一个新的socket,以便它可以继续监听原来用于客户端连接请求的 socket 。

JAVA: Socket(套接字)讲解
JAVA: Socket(套接字)讲解

在客户端,如果连接被接受,则成功地创建一个套接字和客户端可以使用该 socket 与服务器进行通信。

客户机和服务器现在可以通过 socket 写入或读取来交互了。

端点是IP地址和端口号的组合。每个 TCP 连接可以通过它的两个端点被唯一标识。这样,你的主机和服务器之间可以有多个连接。

java.net 包中提供了一个类 Socket,实现您的 Java 程序和网络上的其他程序之间的双向连接。 Socket 类隐藏任何特定系统的细节。通过使用 java.net.Socket 类,而不是依赖于原生代码,Java 程序可以用独立于平台的方式与网络进行通信。

此外,java.net 包含了 ServerSocket 类,它实现了服务器的 socket 可以侦监听和接受客户端的连接。下文将展示如何使用 Socket 和 ServerSocket 类。

实现一个 echo 服务器

让我们来看看这个例子,程序可以建立使用 Socket 类连接到服务器程序,客户端可以通过 socket 向服务器发送数据和接收数据。

EchoClient 示例程序实现了一个客户端,连接到回声服务器。回声服务器从它的客户端接收数据并原样返回回来。EchoServer 实现了 echo 服务器。 (客户端可以连接到支持 Echo 协议的任何主机)

EchoClient 创建一个 socket,从而得到回声服务器的连接。它从标准输入流中读取用户输入,然后通过 socket 转发该文本给回声服务器。服务器通过该 socket 将文本原样输入回给客户端。客户机程序读取并显示从服务器传递回给它的数据。

注意,EchoClient 例子既从 socket 写入又从 socket 中读取数据。

EchoClient 代码:

public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        if (args.length != 2) {
            System.err.println(
                "Usage: java EchoClient <host name> <port number>");
            System.exit(1);
        }

        String hostName = args[0];
        int portNumber = Integer.parseInt(args[1]);

        try (
            Socket echoSocket = new Socket(hostName, portNumber);
            PrintWriter out =
                new PrintWriter(echoSocket.getOutputStream(), true);
            BufferedReader in =
                new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(echoSocket.getInputStream()));
            BufferedReader stdIn =
                new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(System.in))
        ) {
            String userInput;
            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                out.println(userInput);
                System.out.println("echo: " + in.readLine());
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("Don't know about host " + hostName);
            System.exit(1);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("Couldn't get I/O for the connection to " +
                hostName);
            System.exit(1);
        } 
    }
}

EchoServer 代码:

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        if (args.length != 1) {
            System.err.println("Usage: java EchoServer <port number>");
            System.exit(1);
        }

        int portNumber = Integer.parseInt(args[0]);

        try (
            ServerSocket serverSocket =
                new ServerSocket(Integer.parseInt(args[0]));
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();     
            PrintWriter out =
                new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);                   
            BufferedReader in = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
        ) {
            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                out.println(inputLine);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Exception caught when trying to listen on port "
                + portNumber + " or listening for a connection");
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

首先启动服务器,在命令行输入如下,设定一个端口号,比如 7(Echo 协议指定端口是 7):

java EchoServer 7

而后启动客户端,echoserver.example.com 是你主机的名称,如果是本机的话,主机名称可以是 localhost

java EchoClient echoserver.example.com 7

输出效果如下:

你好吗?
echo: 你好吗?
我很好哦
echo: 我很好哦
要过年了,www.waylau.com 祝你 猴年大吉,身体健康哦!
echo: 要过年了,www.waylau.com 祝你 猴年大吉,身体健康哦!

Java 网络编程

网络编程是指编写运行在多个设备(计算机)的程序,这些设备都通过网络连接起来。

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口,它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口,来专注于解决问题,而不用关注通信细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持:

  • TCP:TCP 是传输控制协议的缩写,它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议,被称 TCP / IP。
  • UDP:UDP 是用户数据报协议的缩写,一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

本教程主要讲解以下两个主题。

  • Socket 编程:这是使用最广泛的网络概念,它已被解释地非常详细。
  • URL 处理:这部分会在另外的篇幅里讲,点击这里更详细地了解在 Java 语言中的 URL 处理

Socket 编程

套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字,并尝试连接服务器的套接字。

当连接建立时,服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行进行通信。

java.net.Socket 类代表一个套接字,并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端,并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现:

  • 服务器实例化一个 ServerSocket 对象,表示通过服务器上的端口通信。
  • 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法,该方法将一直等待,直到客户端连接到服务器上给定的端口。
  • 服务器正在等待时,一个客户端实例化一个 Socket 对象,指定服务器名称和端口号来请求连接。
  • Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立,则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
  • 在服务器端,accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用,该 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后,通过使用 I/O 流在进行通信,每一个socket都有一个输出流和一个输入流,客户端的输出流连接到服务器端的输入流,而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。

TCP 是一个双向的通信协议,因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。


ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

ServerSocket 类有四个构造方法:

序号 方法描述
1 public ServerSocket(int port) throws IOException
创建绑定到特定端口的服务器套接字。
2 public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
3 public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException
使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。
4 public ServerSocket() throws IOException
创建非绑定服务器套接字。

创建非绑定服务器套接字。 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常,就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口,并且侦听客户端请求。

这里有一些 ServerSocket 类的常用方法:

序号 方法描述
1 public int getLocalPort()
返回此套接字在其上侦听的端口。
2 public Socket accept() throws IOException
侦听并接受到此套接字的连接。
3 public void setSoTimeout(int timeout)
通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT,以毫秒为单位。
4 public void bind(SocketAddress host, int backlog)
将 ServerSocket 绑定到特定地址(IP 地址和端口号)。

Socket 类的方法

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ,而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

Socket 类有五个构造方法.

序号 方法描述
1 public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException.
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。
2 public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException
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。
3 public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
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。
4 public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
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。
5 public Socket()
通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

当 Socket 构造方法返回,并没有简单的实例化了一个 Socket 对象,它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。

下面列出了一些感兴趣的方法,注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象,所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。

序号 方法描述
1 public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException
将此套接字连接到服务器,并指定一个超时值。
2 public InetAddress getInetAddress()
返回套接字连接的地址。
3 public int getPort()
返回此套接字连接到的远程端口。
4 public int getLocalPort()
返回此套接字绑定到的本地端口。
5 public SocketAddress getRemoteSocketAddress()
返回此套接字连接的端点的地址,如果未连接则返回 null。
6 public InputStream getInputStream() throws IOException
返回此套接字的输入流。
7 public OutputStream getOutputStream() throws IOException
返回此套接字的输出流。
8 public void close() throws IOException
关闭此套接字。

InetAddress 类的方法

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法:

序号 方法描述
1 static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
在给定原始 IP 地址的情况下,返回 InetAddress 对象。
2 static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)
根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。
3 static InetAddress getByName(String host)
在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
4 String getHostAddress() 
返回 IP 地址字符串(以文本表现形式)。
5 String getHostName() 
获取此 IP 地址的主机名。
6 static InetAddress getLocalHost()
返回本地主机。
7 String toString()
将此 IP 地址转换为 String。

Socket 客户端实例

如下的 GreetingClient 是一个客户端程序,该程序通过 socket 连接到服务器并发送一个请求,然后等待一个响应。

GreetingClient.java 文件代码:

// 文件名 GreetingClient.java
 
import java.net.*;
import java.io.*;
 
public class GreetingClient
{
   public static void main(String [] args)
   {
      String serverName = args[0];
      int port = Integer.parseInt(args[1]);
      try
      {
         System.out.println("Connecting to " + serverName
                             + " on port " + port);
         Socket client = new Socket(serverName, port);
         System.out.println("Just connected to "
                      + client.getRemoteSocketAddress());
         OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
         DataOutputStream out =
                       new DataOutputStream(outToServer);
 
         out.writeUTF("Hello from "
                      + client.getLocalSocketAddress());
         InputStream inFromServer = client.getInputStream();
         DataInputStream in =
                        new DataInputStream(inFromServer);
         System.out.println("Server says " + in.readUTF());
         client.close();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

Socket 服务端实例

如下的GreetingServer 程序是一个服务器端应用程序,使用 Socket 来监听一个指定的端口。GreetingServer.java 文件代码:

// 文件名 GreetingServer.java
 
import java.net.*;
import java.io.*;
 
public class GreetingServer extends Thread
{
   private ServerSocket serverSocket;
   
   public GreetingServer(int port) throws IOException
   {
      serverSocket = new ServerSocket(port);
      serverSocket.setSoTimeout(10000);
   }
 
   public void run()
   {
      while(true)
      {
         try
         {
            System.out.println("Waiting for client on port " +
            serverSocket.getLocalPort() + "...");
            Socket server = serverSocket.accept();
            System.out.println("Just connected to "
                  + server.getRemoteSocketAddress());
            DataInputStream in =
                  new DataInputStream(server.getInputStream());
            System.out.println(in.readUTF());
            DataOutputStream out =
                 new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            out.writeUTF("Thank you for connecting to "
              + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
            server.close();
         }catch(SocketTimeoutException s)
         {
            System.out.println("Socket timed out!");
            break;
         }catch(IOException e)
         {
            e.printStackTrace();
            break;
         }
      }
   }
   public static void main(String [] args)
   {
      int port = Integer.parseInt(args[0]);
      try
      {
         Thread t = new GreetingServer(port);
         t.start();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

编译以上两个 java 文件代码,并执行以下命令来启动服务,使用端口号为 6066:

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...

新开一个命令窗口,执行以上命令来开启客户端:

$ java GreetingClient localhost 6066
Connecting to localhost on port 6066
Just connected to localhost/127.0.0.1:6066
Server says Thank you for connecting to /127.0.0.1:6066
Goodbye!

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