Socket学习记录-编程知识

本次学习Socket的编程开发，该技术在一些通讯软件，比如说微信，QQ等有广泛应用。

网络结构

这些都是计算机网络中的内容，我们在这里简单回顾一下：

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UDP(User Datagram Protocol):用户数据报协议;TCP(Transmission ControlProtocol):传输控制协议。

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TCP协议
特点:面向连接、可靠通信。
TCP的最终目的:要保证在不可靠的信道上实现可靠的传输。
TCP主要有三个步骤实现可靠传输:三次握手建立连接，传输数据进行确认，四次挥手断开连接。

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四次握手是为了确保收发数据都已完成。

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我们首先了解一下关于获取主机地址的相关方法：

		//获取本机IP地址对象的地址InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();System.out.println(localHost.getHostName());System.out.println(localHost.getHostAddress());//获取指定IP域名的IP地址对象InetAddress ip = InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println(ip.getHostName());//输出ip主机名称System.out.println(ip.getHostAddress());//输出指定域名的ip地址//判断6秒内能否与百度联通，相当于pingSystem.out.println(ip.isReachable(6000));

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UDP通信开发

随后我们进行客户端与服务端的数据发送与接收：
首先是客户端的定义：

		//创建客户端对象，这里可以选择使用无参构造，当然也可以指定端口进行有参构造，在不指定端口时系统会默认分配DatagramSocket socket = new DatagramSocket();//创建数据包封装对象，存储数据信息
//        public DatagramPacket(byte buf[], int offset, int length,
//        InetAddress address, int port) {
//            setData(buf, offset, length);
//            setAddress(address);
//            setPort(port);
//        }byte[] bytes = "客户端消息:我是鹏翔".getBytes();//客户端发送的数据包，需要指明接收的服务端的IP地址以及端口DatagramPacket packet =new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getLocalHost(),8888);//发送数据包socket.send(packet);System.out.println("客户端数据发送完毕");socket.close();

服务端的开发设计

		System.out.println("服务端启动");//创建一个服务端对象，并指定端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);//定义所能够接收的数据的大小byte[] buffer = new byte[1024*64];//服务器接受的数据包DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);//接收数据socket.receive(packet);int length = packet.getLength();String string = new String(packet.getData(), 0, length);//发送多少数据则接收多少数据System.out.println(string);socket.close();

至此，我们的客户端与服务端便开发完成了，在实验中，我们需要先启动服务端，再启动客户端。

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至此，完成客户端与服务端的消息发送与接收。

UTP通信多发多收

但这只是完成了一次消息的发送与接收，而在实际情况中我们往往需要进行多发多收，那么该如何实现呢？
客户端设计：

public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建一个服务端对象，并指定端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);//定义所能够接收的数据的大小byte[] buffer = new byte[1024*64];//服务器接受的数据包DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);while(true){socket.receive(packet);int length = packet.getLength();String string = new String(packet.getData(), 0, length);System.out.println(string);System.out.println("--------------------------");}}

客户端设计：

public static void main(String[] args) throws IOException {//创建客户端对象DatagramSocket socket = new DatagramSocket();Scanner scanner=new Scanner(System.in);while(true){System.out.println("请说:");String msg = scanner.nextLine();if ("exit".equals(msg)) {System.out.println("客户端数据发送完毕");socket.close();break;}byte[] bytes = msg.getBytes();//客户端发送的数据包，需要指明接收的服务端的IP地址以及端口DatagramPacket packet =new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getLocalHost(),8888);//发送数据包socket.send(packet);}

此外，服务器是否能够接收多个客户端发送的消息呢，当然可以，只需要将客户端程序设置为允许多开即可。

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TCP通信开发

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public ServerSocket(int port) 为服务端程序注册端口

public Socket accept()方法：阻塞等待客户端的连接请求，一旦与某个客户端成功连接，则返回服务端这边的Socket对象。
客户端设计实现

		Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8088);//从socket中获取一个字节输出流，用于给服务端发送OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//原本的字节输出流并不好用，将其封装为高级的数据输出流DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);//开始写数据dataOutputStream.writeUTF("我爱你！");dataOutputStream.close();socket.close();

服务端设计实现

		System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);//调用accept方法,等待客户端的连接请求Socket accept = serverSocket.accept();//从socket的通信管道中得到一个字节输入流InputStream inputStream = accept.getInputStream();//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);//使用数据输入流读取客户端发送的数据String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格，要保持一致System.out.println(string);System.out.println(accept.getInetAddress());//输出发送客户端的IP地址dataInputStream.close();serverSocket.close();

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同样的，我们只是完成一条消息的发送与接收，那么该如何实现数据的多发多收呢？

TCP通信多发多收

其实实现与UDP时的完全相同，只需要一个循环即可。
全选要加入循环的语句，按住Ctrl+Alt+T

多发多收服务端设计：

public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);//调用accept方法,等待客户端的连接请求Socket accept = serverSocket.accept();//从socket的通信管道中得到一个字节输入流InputStream inputStream = accept.getInputStream();//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);//使用数据输入流读取客户端发送的数据while (true) {String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格，要保持一致System.out.println(string);System.out.println(accept.getInetAddress());//输出发送客户端的IP地址}}

多发多收客户端设计：

 public static void main(String[] args) throws IOException {//创建Socket对象,并同时请求服务端程序的连接，声明服务器的IP与端口号Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8088);//从socket中获取一个字节输出流，用于给服务端发送OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//原本的字节输出流并不好用，将其封装为高级的数据输出流DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);//开始写数据Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请输入内容:");String string = scanner.nextLine();if ("exit".equals(string)) {dataOutputStream.close();socket.close();System.out.println("退出成功！");break;}dataOutputStream.writeUTF(string);dataOutputStream.flush();//将数据刷新出去，防止数据还留在内存中}}

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同时需要注意，TCP作为可靠连接，一旦服务端挂掉了，那么就会抛出异常

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我们可以通过捕获抛出的异常，来判断是否客户端退出。

public class Servers {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);//调用accept方法,等待客户端的连接请求Socket accept = serverSocket.accept();//从socket的通信管道中得到一个字节输入流InputStream inputStream = accept.getInputStream();//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);//使用数据输入流读取客户端发送的数据while (true) {try {String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格，要保持一致System.out.println(string);} catch (IOException e) {System.out.println(accept.getInetAddress()+"客户端退出了！");//输出发送客户端的IP地址dataInputStream.close();serverSocket.close();break;}}}
}

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TCP通信聊天室

如何实现一个服务器与多个客户端通信呢？现在的肯定是不行的，因为我们在判断客户端关闭后也将服务端关闭了，事实上，此时服务端只能和一个客户端建立可靠连接，归根接地，是因为在建立连接后，服务端一直在等待某一个客户端发送的消息，这就导致会停留在那，从而无法与其他客户端建立连接。怎么办呢？可以使用多线程来解决。

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改进后的服务端：

package IPAddress.TCP;import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class ServerMany {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);//调用accept方法,等待客户端的连接请求Socket accept = null;while (true) {accept = serverSocket.accept();new ServerReadThread(accept).start();}}
}

多开线程实现服务端接收数据

package IPAddress.TCP;import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;public class ServerReadThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReadThread(Socket accept) {this.socket=accept;}@Overridepublic void run() {try {InputStream inputStream = socket.getInputStream();//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端上线了！");//输出发送客户端的IP地址//使用数据输入流读取客户端发送的数据while (true) {try {String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格，要保持一致System.out.println(string);} catch (IOException e) {System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端下线了！");dataInputStream.close();socket.close();break;}}} catch (IOException e) {System.out.println("服务异常！" + socket.getInetAddress() + "连接中断！");}}
}

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最后，我们可以通过一个聊天室的案例来简单检验一下成果：

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首先我们需要在服务端定义一个集合，用于保存连接的socket，同时由主线程负责创建socket连接，一旦有新的客户端开启，则开启一个新的子线程，用于该客户端与服务端之间的通信：

public class Server {public static List<Socket> sockets=new ArrayList<>();public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);//调用accept方法,等待客户端的连接请求Socket accept = null;while (true) {accept = serverSocket.accept();sockets.add(accept);new ServerReadThread(accept).start();}}
}

在服务端的子线程中，负责将接收的信息输出，并将接收的信息转发给其他客户端（端口转发）

import java.io.*;
import java.net.Socket;public class ServerReadThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReadThread(Socket accept) {this.socket=accept;}@Overridepublic void run() {try {InputStream inputStream = socket.getInputStream();//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端上线了哟！");//输出发送客户端的IP地址//使用数据输入流读取客户端发送的数据while (true) {try {String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格，要保持一致System.out.println(string);sendMsg(string);} catch (IOException e) {System.out.println(socket.getInetAddress()+"客户端下线了！");Server.sockets.remove(socket);dataInputStream.close();socket.close();break;}}} catch (IOException e) {System.out.println("服务异常！" + socket.getInetAddress() + "连接中断！");}}private void sendMsg(String string) throws IOException {//发送给所有Socket管道去接收System.out.println("转发数据");for (Socket online:Server.sockets) {OutputStream outputStream = online.getOutputStream();DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);dataOutputStream.writeUTF(string);dataOutputStream.flush();}}
}

在客户端设计中，除了原本的输入数据发送信息外，还要开启一个线程用于接收服务器转发的数据：

public class Clients {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建Socket对象,并同时请求服务端程序的连接，声明服务器的IP与端口号Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8088);new ClientReadThread(socket).start();//从socket中获取一个字节输出流，用于给服务端发送OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//原本的字节输出流并不好用，将其封装为高级的数据输出流DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);//开始写数据Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请输入内容:");String string = scanner.nextLine();if ("exit".equals(string)) {dataOutputStream.close();socket.close();System.out.println("退出成功！");break;}dataOutputStream.writeUTF(string);dataOutputStream.flush();//将数据刷新出去，防止数据还留在内存中}}
}

客户端接收转发信息的线程设计如下：

public class ClientReadThread extends Thread{private Socket socket;public ClientReadThread(Socket accept) {this.socket=accept;}@Overridepublic void run() {try {InputStream inputStream = socket.getInputStream();//将原始的字节输入流包装成高级的数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);//使用数据输入流读取客户端发送的数据while (true) {try {String string = dataInputStream.readUTF();//通信很严格，要保持一致System.out.println(string);} catch (IOException e) {System.out.println("自己客户端下线了！");dataInputStream.close();socket.close();break;}}} catch (IOException e) {System.out.println("服务异常！" + socket.getInetAddress() + "连接中断！");}}
}

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BS架构通信开发

首先了解一下BS架构的基本原理：

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BS架构下，我们并不需要开发客户端程序。只需要开发服务端即可

public class Server {public static List<Socket> sockets=new ArrayList<>();public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9090);while (true) {Socket accept = serverSocket.accept();System.out.println("子线程启动");sockets.add(accept);new ServerReadThread(accept).start();}}
}

随后进行服务端子进程的设计，用于向浏览器响应一段文字，注意，要想向浏览器响应内容，就需要遵循固定的HTTP协议规定，即符合下面的要求：

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服务端子线程设计如下：

public class ServerReadThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReadThread(Socket accept) {this.socket=accept;}@Overridepublic void run() {try {System.out.println("上线访问了");OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//将原始的字节输出流包装成高级的打印流PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);printStream.println("HTTP/1.1 200 OK");printStream.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");printStream.println();printStream.println("<div style='color:red;font-size:40px;text-align:center'>服务端响应</div>");printStream.close();socket.close();} catch (IOException e) {System.out.println("服务异常！" + socket.getInetAddress() + "连接中断！");}}
}

前面的BS架构设计中，每当浏览器发起一次访问，就会创建一个线程，然而，当我们的网站访问量十分大时，即面对一些高并发情况，就会出现宕机现象。对于这种情况，可以通过线程池来进行优化。

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在主线程中设计一个线程池来控制线程数量

public class Server {public static List<Socket> sockets=new ArrayList<>();public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动");//创建ServerSocket对象，并指明端口号，方便接收客户端数据ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9090);//通过线程池来控制执行线程的数量与任务队列数量ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(16 * 2, 16 * 2,0, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(8),Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());while (true) {Socket accept = serverSocket.accept();System.out.println("子线程启动");threadPoolExecutor.execute(new ServerReadRunnable(accept));}}
}

将原本的线程改造为任务。

public class ServerReadRunnable implements Runnable{private Socket socket;public ServerReadRunnable(Socket accept) {this.socket=accept;}@Overridepublic void run() {try {System.out.println("上线访问了");OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//将原始的字节输出流包装成高级的打印流PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);printStream.println("HTTP/1.1 200 OK");printStream.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");printStream.println();printStream.println("<div style='color:red;font-size:40px;text-align:center'>服务端响应</div>");printStream.close();socket.close();} catch (IOException e) {System.out.println("服务异常！" + socket.getInetAddress() + "连接中断！");}}
}