网络编程：TCP、UDP及Socket

TCP/IP协议

IP、TCP、UDP 都是TCP/IP协议的一部分。而Socket是应用层与TCP/IP协议通信抽象出来的接口。


TCP/IP.jpg

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域（WANs）设计的。包括运输层、网络层、链路层。

TCP与UDP的区别

TCP

  1. TCP面向连接（三次握手）；UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
  2. TCP传输可靠而UDP不可靠。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达；而UDP则不保证，可能丢包，也不按顺序到达。因此UDP更快，效率高，TCP相反。
  3. TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流。UDP是面向报文的。
  4. 通信方式：每一条TCP连接只能是点到点的；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
  5. 基于以上这些区别，因此使用场景不同。TCP用在浏览器（Http）、文件传输（FTP）、接发邮件（SMTP,POP)、远程登录（telnet、ssh）。UDP用在视频通话、语音通话等，适用于多播和广播的应用场景。

总之，TCP传播数据准确但速度较慢，用在文件传输等对准确性要求较高的地方。UDP相反，用在视频流等大流量对速度要求较高的地方。

TCP和UDP的Socket实现（JAVA）

Java为Socket编程封装了几个重要的类。其中Socket和ServerSocket用于TCP通信。DatagramSocket和DatagramPacket用于UDP通信。


socket.png

基于TCP的Socket编程

Server端
服务器端首先实例化ServerSocket对象，然后为其绑定一个本机地址，并开始监听。一直阻塞状态下等待客户端请求，当获得客户端连接请求后，返回一个socket对象。然后用这个socket接收一条消息，并发送一条消息。代码如下：

package com.chenxuri.java.network;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * Created by chenxuri on 2017/12/21.
 */
public class SocketTcpServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("Connecting to client ...");

            /*
            接收客户端数据
             */
            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            BufferedReader socketIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
            String temp;
            while ((temp = socketIn.readLine()) != null) {
                System.out.println(temp);
            }

            /*
            发送数据
             */
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            PrintWriter socketOut = new PrintWriter(outputStream);
            socketOut.print("Hi,I have received your message!");
            socketOut.flush();

            socketOut.close();
            socketIn.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Client端
客户端首先实例化一个socket对象，用这个对象连接服务器端。连接成功后，发送一条消息，然后等待接收一条消息。代码如下：

package com.chenxuri.java.network;

import java.io.*;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;


/**
 * Created by chenxuri on 2017/12/21.
 */
public class SocketTcpClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket();
            /*
            设置地址和连接超时时间，有的地方说不设置连接时间可能会造成无限期阻塞。
            其实不会，因为操作系统底层有超时限制，windows是20秒。
            但仍建议设置一个较短的时间，尤其是需要频繁连接的时候。
             */
            socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888), 5*1000);
            //设置读取超时时间，该时间若不设置，服务器等出现问题时可能会一直处于阻塞状态。
            socket.setSoTimeout(10*1000);

            /*
            往服务端发送数据
             */
            OutputStream outputStream  = socket.getOutputStream();
            PrintWriter socketOut = new PrintWriter(outputStream);
            String str = "Hello,I come from client!";
            socketOut.write(str);
            socketOut.flush();
            socket.shutdownOutput();  //半关闭，告诉服务端发送完毕，可以接受输入过来的数据

             /*
            接收回应数据
             */
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            BufferedReader socketIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
            String temp;
            while ((temp = socketIn.readLine()) != null) {
                System.out.println(temp);
            }

            socketIn.close();
            socketOut.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

基于UDP的Socket编程

Server端
服务器端首先实例化DatagramSocket对象，然后为其绑定一个端口，并开始监听。一直阻塞状态下等待从客户端接收数据报。然后从数据报中获取数据报的源地址，然后用这个源地址作为目的地址打包一个数据报，然后发送出去。代码如下：

package com.chenxuri.java.network;

import java.io.*;
import java.net.*;

/**
 * Created by chenxuri on 2017/12/21.
 */
public class SocketUdpServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);

            /*
            接收客户端的数据
             */
            byte[] bytes = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
            socket.receive(packet);
            String receiveStr = new String(bytes);
            System.out.println("From client: " + receiveStr);

            /*
            发送回应数据
             */
            int port = packet.getPort();
            InetAddress addr = packet.getAddress();
            String sendStr = "Hello! I'm Server";
            byte[] sendBuf = sendStr.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf , sendBuf.length , addr , port );
            socket.send(sendPacket);
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Client端
客户端首先实例化一个DatagramSocket对象。利用服务器地址和端口号作为目的地址打包一个数据报，并发送。然后等待从服务器回复的数据报。代码如下：

package com.chenxuri.java.network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;

/**
 * Created by chenxuri on 2017/12/21.
 */
public class SocketUdpClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

            /*
            发送数据
             */
            String sendStr = "I'm client, this is the message for server.";
            byte[] bytes = sendStr.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
            packet.setSocketAddress(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
            socket.send(packet);

            /*
            接收返回数据
             */
            byte[] backbuf = new byte[1024];
            DatagramPacket backPacket = new DatagramPacket(backbuf, backbuf.length);
            socket.receive(backPacket);
            System.out.println("From server: "+ new String(backbuf));

            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

以上代码都经过亲自测试，可以运行。

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