网络编程基础

什么是网络编程？

在日常生活中，我们可以通过浏览器来查看文档资料、看视频、听音乐，这些都是获取网络资源的方式。而这些网络上的资源是如何显示在我们电脑上的呢？这就是网络编程。即：网络资源通过网络编程来进行数据传输。

官方一点的定义，网络编程是指网络上的主机通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信。

当然，即使在一个主机中，只要是不同的进程基于网络来传输数据也属于网络编程。

网络编程的基本概念

发送端：数据的发送方进程，即网络通信中的源主机。
接收端：数据的接收方进程，即网络通信中的目的主机。
收发端：发送端和接收端两端。

请求：请求数据的发送。
响应：响应数据的发送。

客户端：获取服务的一方进程。
服务器：提供服务的一方进程。

上面提到的发送端和接收端其实是相对的：

网络编程实现

Socket套接字

Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议进行网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。

网络通信显然是发生在传输层的过程，而传输层最出名的便是TCP协议和UDP协议了。由于TCP传输和UDP传输的特点不同。因此，Socket也被分为了俩类：TCP的Socket和UDP的Socket。下面我们分别进行介绍：

UDP网络通信流程（回显服务器）

服务器：

1. 创建Socket 绑定端口号

	//创建一个socketprivate DatagramSocket socket = null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}

2. 启动服务器

	//启动服务器public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");while (true){}}

因为不知道客户端什么时候发送请求，所以使用while（true） 一直保持等待

3. 创建Packet来接收客户端传来的数据

	//接受客户端传来的数据DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

转化为字符串更方便使用。 接收数据的字节数组可以根据实际情况选择合适大小

4. 根据请求计算响应

    //根据请求计算响应String response = process(request);//因为是回显服务器  就是返回和请求相同的数据  所以不用处理public String process(String request){return request;}

5. 把响应返回给客户端

    //把响应返回给客户端DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);

客户端

1. 创建Sockket 确定服务器的IP和端口号

	//用于网络编程 发送数据private DatagramSocket socket = null;//指定发送数据到哪儿private String serverIP;private int serverPort;public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {//先new出socket   不需要指定发送的端口   客户端会自动分配一个空闲端口socket = new DatagramSocket();//构造发送去哪儿this.serverIP = serverIP;this.serverPort = serverPort;}

2. 启动客户端

	public void start() throws IOException {Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true){}}

也需要使用while（true）来时刻准备接收返回的数据

3. 发送数据

     //1.从控制台读取要发送的数据System.out.println("请输入要发送的数据");String request = scanner.next();//2.构造packetDatagramPacket requestPacker = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort);//3.发送给服务器socket.send(requestPacker);

4. 接收数据

    //1.从服务器读取响应数据DatagramPacket responsePacker = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responsePacker);String response = new String(responsePacker.getData(), 0,responsePacker.getLength());//2.把服务器响应显示在控制台System.out.println(response);

完整代码示例：

//服务器
public class UdpEchoServer {//创建一个socketprivate DatagramSocket socket = null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}//启动服务器public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");while (true){//处理一次请求//1.接受客户端传来的数据DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());//2.根据请求计算响应String response = process(request);//3.把响应返回给客户端DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);//4.打印一个日志记录当前情况System.out.printf("%s - %d  request: %s  response: %s \n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);}}public String process(String request){return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer udpEchoServer = new UdpEchoServer(9090);udpEchoServer.start();}
}

//客户端
public class UdpEchoClient {//用于网络编程 发送数据private DatagramSocket socket = null;//指定发送数据到哪儿private String serverIP;private int serverPort;public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {//先new出socket   不需要指定发送的端口   客户端会自动分配一个空闲端口socket = new DatagramSocket();//构造发送去哪儿this.serverIP = serverIP;this.serverPort = serverPort;}public void start() throws IOException {Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true){//1.从控制台读取要发送的数据System.out.println("请输入要发送的数据");String request = scanner.next();//2.构造packetDatagramPacket requestPacker = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort);//3.发送给服务器socket.send(requestPacker);//4.从服务器读取响应数据DatagramPacket responsePacker = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responsePacker);String response = new String(responsePacker.getData(), 0,responsePacker.getLength());//5.把服务器响应显示在控制台System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);udpEchoClient.start();}
}

TCP网络通信流程（回显服务器）

服务器

1. 创建ServerSocket用来监听

	//创建一个 监听socket 用于客户端和服务器的连接private ServerSocket listenSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {listenSocket = new ServerSocket(port);}

2. 启动服务器

	//启动服务器public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");while (true){}}

3. 建立连接

Socket clientSocket = listenSocket.accept();

4. 处理连接

processConnection(clientSocket);private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {System.out.printf("已经和客户端建立连接 ip：%s  port: %d \n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){while (true){//1.接受请求并解析Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if (!scanner.hasNext()){//接受完毕  断开连接System.out.printf("断开连接 ip: %s  port: %d",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());break;}String request = scanner.next();//2.根据请求计算响应String response = process(request);//3.向客户端返回响应PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(response);printWriter.flush();//处理一次请求的详情System.out.printf("ip: %s  port: %d  request: %s  response: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),request,response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {clientSocket.close();}}

5. 如果有多个客户端要建立连接，使用线程池加快处理的速度

	public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();while (true){//1.调用listenSocket来建立连接Socket clientSocket = listenSocket.accept();//2.处理连接  如果有多个客户端发起请求  这样的响应速度就会很慢//使用线程池pool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}}

客户端

1. 尝试建立连接

	//创建一个socket来传输数据private Socket socket = null;//tcp需要先建立连接再传输数据   就需要先在socket里指定出服务器public TcpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws IOException {socket = new Socket(serverIP,serverPort);}

2. 启动服务器

	public void start() throws IOException {}

while（true）放到了传输数据的模块

3. 发送请求并接收响应

		Scanner scanner = new Scanner(System.in);try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){while (true){//1.从控制台读取数据  构造请求System.out.println("请输入要传输的数据");String request = scanner.next();//2.发送请求给服务器PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(request);printWriter.flush();//3.从服务器读取响应Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);String response = respScanner.next();//4.把响应显示在客户端System.out.println(response);}}

完整的代码示例：

//服务器
public class TcpEchoServer {//创建一个 监听socket 用于客户端和服务器的连接private ServerSocket listenSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {listenSocket = new ServerSocket(port);}//启动服务器public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();while (true){//1.调用listenSocket来建立连接Socket clientSocket = listenSocket.accept();//2.处理连接  如果有多个客户端发起请求  这样的响应速度就会很慢//使用线程池pool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}}private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {System.out.printf("已经和客户端建立连接 ip：%s  port: %d \n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){while (true){//1.接受请求并解析Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if (!scanner.hasNext()){//接受完毕  断开连接System.out.printf("断开连接 ip: %s  port: %d",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());break;}String request = scanner.next();//2.根据请求计算响应String response = process(request);//3.向客户端返回响应PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(response);printWriter.flush();//处理一次请求的详情System.out.printf("ip: %s  port: %d  request: %s  response: %s\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort(),request,response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {clientSocket.close();}}//处理响应public String process(String request){return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9090);tcpEchoServer.start();}
}

//客户端
public class TcpEchoClient {//创建一个socket来传输数据private Socket socket = null;//tcp需要先建立连接再传输数据   就需要先在socket里指定出服务器public TcpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws IOException {socket = new Socket(serverIP,serverPort);}public void start() throws IOException {Scanner scanner = new Scanner(System.in);try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){while (true){//1.从控制台读取数据  构造请求System.out.println("请输入要传输的数据");String request = scanner.next();//2.发送请求给服务器PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.println(request);printWriter.flush();//3.从服务器读取响应Scanner respScanner = new Scanner(inputStream);String response = respScanner.next();//4.把响应显示在客户端System.out.println(response);}}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient tcpEchoClient = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);tcpEchoClient.start();}}

两种实现方式的区别

为什么实现TCP的Socket时要使用多线程而在UDP的Socket不用呢？

1. UDP是无连接的，服务器不关心是哪个客户端发送过来的请求都会进行处理。
2. TCP是有连接的，每次建立连接后服务器都得处理对应客户端的多次请求，此时无法接受其他客户端的连接，不满足实际需求。所以得使用多线程来同时处理多个客户端的请求。

为什么TCP的Socket要关闭，ServerSocket和UDP的Socket不用关闭？

1. Socket也是一个文件，一个进程能同时打开文件的个数是有限的。因为文件描述符表是有限的。
2. UDP的Socket不需要建立连接，它在UDP服务器中只有唯一一个对象，不会把文件描述符表占满，随着进程退出会自动释放。
3. ServerSocket，它在TCP服务器中只有唯一一个对象，不会把文件描述符表占满，随着进程退出会自动释放。
4. Socket，在TCP的服务器中，每次和一个新的客户端建立连接都要创建一个新的。有可能把文件描述符表占满，就需要释放。