Java Socket 扫盲篇

Java Socket

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

TCP
UDP
HttpURLConnection
InetAddress
Socket
ServerSocket

Socket 简介(摘抄网络)

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个 socket
建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket 本质是编程接口(API)，对 TCP/IP 的封装，TCP/IP 也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是 Socket 编程接口
HTTP 是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式
Socket 是发动机，提供了网络通信的能力
Socket 的英文原义是“孔”或“插座”。作为 BSD UNIX 的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作"套接字"，用于描述 IP 地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信
在 Internet 上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务
每种服务都打开一个 Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务
Socket 正如其英文原义那样，像一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供 220 伏交流电，有的提供 110 伏交流电，有的则提供有线电视节目
客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务

TCP (摘抄网络)

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的 RFC 793 定义。在简化的计算机网络 OSI 模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议
在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP 层是位于 IP 层之上，应用层之下的中间层
不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是 IP 层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换
应用层向 TCP 层发送用于网间传输的、用 8 位字节表示的数据流，然后 TCP 把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（MTU）的限制）
之后 TCP 把结果包传给 IP 层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的 TCP 层。TCP 为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收
然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）
如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传
TCP 用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和

UDP (摘抄网络)

UDP 是 User Datagram Protocol 的简称，中文名是用户数据报协议，是 OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768 是 UDP 的正式规范。UDP 在 IP 报文的协议号是 17。
UDP 协议全称是用户数据报协议，在网络中它与 TCP 协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在 OSI 模型中，在第四层——传输层，处于 IP 协议的上一层
UDP 有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的
UDP 用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用 UDP 协议
UDP 协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天 UDP 仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议
与所熟知的 TCP（传输控制协议）协议一样，UDP 协议直接位于 IP（网际协议）协议的顶层。根据 OSI（开放系统互连）参考模型，UDP 和 TCP 都属于传输层协议
UDP 协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式
一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前 8 个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据

HttpURLConnection

HttpURLConnection 位于 java.net 包中，支持 HTTP 特定功能。我们可以使用它来发起网络请求，获取服务器的相关资源。

HttpURLConnection 提供了很多方法用于使用 Http，这里只演示了使用
HttpURLConnection 类的基本流程，想要了解更多方法的同学可以查询API 文档

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL;

public class HttpUrlTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //设置url
            URL shiyanlou = new URL("https://www.baidu.com");
            //打开连接
            HttpURLConnection urlConnection = (HttpURLConnection)shiyanlou.openConnection();
            //设置请求方法
            urlConnection.setRequestMethod("GET");
            //设置连接超时时间
            urlConnection.setConnectTimeout(1000);
            //获取输入流
            InputStream inputStream = urlConnection.getInputStream();
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
            //打印结果
            bufferedReader.lines().forEach(System.out::println);
            //关闭连接
            inputStream.close();
            bufferedReader.close();
            urlConnection.disconnect();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面对baidu发起请求抓取获取首页源代码

InetAddress

InetAddress类用于表示 IP 地址，比如在进行 Socket 编程时，就会使用到该类。

InetAddress没有公共构造方法，我们只能使用它提供的静态方法来构建一个InetAddress类实例

getLocalHost(): 返回本地主机地址
getAllByName（String host）：从指定的主机名返回 InetAddress 对象的数组，因为主机名可以与多个 IP 地址相关联。
getByAddress（byte [] addr）：从原始 IP 地址的字节数组中返回一个 InetAddress 对象。
getByName（String host）：根据提供的主机名创建一个 InetAddress 对象。
getHostAddress（）：返回文本表示的 IP 地址字符串。
getHostname（）：获取主机名。

代码实例:

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InetAddress shiyanlou = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
            //toString 方法将输出主机名和ip地址
            System.out.println(shiyanlou.toString());
            //获取ip地址
            String ip = shiyanlou.toString().split("/")[1];
            //根据IP地址获取主机名
            InetAddress byAddress = InetAddress.getByName(ip);
            System.out.println("get hostname by IP address:" + byAddress.getHostName());
            System.out.println("localhost: "+InetAddress.getLocalHost());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码获取baidu的主机名和ip地址并输出

Socket

Socket类代表一个客户端套接字，可以使用该类想服务器发送和接受数据。一般需要通过下面几个步骤：

建立与服务器的连接
使用输出流将数据发送到服务器
使用输入流读取服务器返回的数据
关闭连接

Socket 常用构造方法

Socket(InetAddress address, int port)：创建一个套接字，连接到指定 IP 地址和端口的服务器
Socket(String host, int port)：创建一个套接字，连接到指定的主机名和端口的服务器
Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)：创建一个套接字连接到指定的 IP 地址和端口的服务器，并且显示的指定客户端地址和端口。

在创建Socket时，需要捕获异常

getOutputStream()

该方法可以获取输出流，在建立连接后，可以使用该方法获取输出流，发送数据到服务器。发送数据的方式和使用 IO 流是相同的，使用 write 方法发送指定的数据即可。

getInputStream()

用户获取输入流，通过该方法获取输入流之后可以读取服务器发送来的数据。使用方法和 IO 流相同，使用 read 方法即可。

close()

关闭 Socket，可能抛出 IO 异常，所以我们同样需要捕获异常。

ServerSocket

ServerSocket类用于实现服务器套接字，服务器套接字会等待客户端网络连接，与客户端连接之后，会进行一系列操作，然后将结果返回给客户端。

创建一个ServerSocket一般需要以下几个步骤:

创建服务器套接字并将其绑定到特定的接口
等待客户端连接
通过客户端套接字获取输入流，从客户端读取数据
通过客户端套接字获取输出流，发送数据到客户端
关闭套接字

常用构造方法:

ServerSocket():创建一个未绑定端口的服务器器套接字
ServerSocket(int port)：创建绑定到指定端口号的服务器套接字.
ServerSocket(int port, int backlog)：创建一个绑定到指定端口号的服务器套接字，并且backlog 参数指定了最大排队连接数
ServerSocket(int port,int backlog,InetAddress bindAddr)：创建服务器套接字并将其绑定到指定的端口号和本地 IP 地址。

示例:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);

accept()

用于监听客户端连接请求，当调用该方法时，会阻塞当前线程，直到有客户端发起请求与其建立连接，否则将一直等待。当连接成功后，将返回一个Socket对象。

close()

用于关闭服务器套接字，服务器停止后，将断开所有连接。

其他方法

可以查阅官方文档

网络编程实例

java.net 包提供了两个类Socket和ServerSocket，分别实现 Socket 连接的客户端和服务器端。

我们编译一个简单的 Socket 应用，实现客户端发送信息给服务端，服务端再将信息发送回客户端的回显的功能。

服务端：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;


public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //服务端需要使用ServerSocket类
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1080);
            //阻塞 等待客户端连接
            Socket client = serverSocket.accept();
            PrintWriter out = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
            String userIn;
            while ((userIn = in.readLine()) != null) {
                System.out.println("收到客户端消息：" + userIn);
                //发回客户端
                out.println(userIn);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) {
        String hostname = "127.0.0.1";
        //socket端口
        int port = 1080;
        Scanner userIn = new Scanner(System.in);
        try {
            //建立socket连接
            Socket socket = new Socket(hostname, port);
            //获取socket输出流
            PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            //获取输入流
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String userInput;
            System.out.println("请输入信息：");
            //当用户输入exit时退出
            while (!"exit".equals(userInput = userIn.nextLine())) {
                out.println(userInput);
                System.out.println("收到服务端回应:" + in.readLine());
            }
            //关闭socket
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}