七、Java通信基础-Socket

1、概述

• TCP/IP是目前世界上应用最为广泛的协议，是以TCP和IP为基础的不同层次上多个协议的集合，也称：TCP/IP协议族或TCP/IP协议栈
• TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议
• IP：Internet Protocol 互联网协议
• 为实现网络中不同计算机之间的通信，每台机器都必须有一个唯一的标识-IP地址
• IP地址格式：数字型，如：192.168.0.1
• 端口号用于区分不同应用程序
• 端口号范围为0_{65535，其中0}1023为系统所保留
• IP地址和端口号组成了所谓的Socket，Socket是网络上运行的程序之间双向通信链路的终结点，是TCP和UDP的基础。
• Http：80
• FTP：21
• Telnet：23

2、Java中的网络支持

针对网络通信的不同层次，Java提供的网络功能有四大类：

• InetAddress：用于标识网络上的硬件资源。
• URL：统一资源定位符，通过URL可以直接读取或写入网络上的数据。
• Sockets：使用TCP协议实现网络通信的Socket相关的类。
• Datagram：使用UDP协议，将数据保存在数据报中，通过网络进行通信。

3、InetAddress类

• 1、InetAddress类用于标识网络上的硬件资源，表示互联网协议（IP）地址。

package com.lord.quick;

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

/**
 * InetAddress类
 */
public class SocketTest {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        // 获取本机的InetAddress实例
        InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("计算机名：" + address.getHostName());
        System.out.println("IP地址：" + address.getHostAddress());
        
        // 根据机器名获取InetAddress实例
        InetAddress address2 = InetAddress.getByName("Lord");
        System.out.println("计算机名：" + address2.getHostName());
        System.out.println("IP地址：" + address2.getHostAddress());
    }

}

4、URL

• URL(Uniform Resource Locator)统一资源定位符，表示Internet上某一资源的地址。
• URL由两部分组成：协议名称和资源名称，中间用冒号隔开。

package com.lord.quick;

import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * URL常用方法
 */
public class SocketTest {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        try {
            // 创建URL实例
            URL zhihu = new URL("https://zhuanlan.zhihu.com");

            // ?号后面表示参数，#号后面表示锚点
            URL url = new URL(zhihu, "index.html?username=tom#test");
            System.out.println("协议：" + url.getProtocol());
            System.out.println("主机：" + url.getHost());

            // 如果未指定端口号，则使用默认端口号，此时，getPort()方法返回值为-1
            System.out.println("端口：" + url.getPort());

            System.out.println("文件路径：" + url.getPath());
            System.out.println("文件名：" + url.getFile());
            System.out.println("相对路径：" + url.getRef());
            System.out.println("查询字符串：" + url.getQuery());
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

• 通过URL对象的openStream()方法可以得到指定资源的输入流。
• 通过输入流可以读取、访问网络上的数据。

package com.lord.quick;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * 使用URL读取网页内容
 */
public class SocketTest {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        try {
            // 创建一个URL实例
            URL url = new URL("http://www.baidu.com");
            // 通过URL的openStream方法获取URL对象所表示的资源的字节输入流
            InputStream is = url.openStream();
            // 将字节输入流转换为字符输入流
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");
            // 为字符输入流添加缓冲
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            // 读取数据
            String data = br.readLine();
            // 循环读取数据
            while (data != null) {
                // 输出数据
                System.out.println(data);
                data = br.readLine();
            }
            br.close();
            isr.close();
            is.close();
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

5、基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录（单线程）

• 服务器端

package com.lord.quick;

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

/**
 * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 服务器端
 */
public class Server {

    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1、创建一个服务器端Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");

            // 2、调用accept()开始监听，等待客户端连接
            Socket socket = serverSocket.accept();

            // 3、获取输入流，并读取客户端信息
            // 字节输入流
            InputStream is = socket.getInputStream();
            // 将字节流转换为字符流
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            // 为输入流添加缓冲
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            // 循环读取客户端的信息
            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
            }

            // 关闭输入流
            socket.shutdownInput();

            // 4、获取输出流，响应客户端的请求
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            // 包装为打印流
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("欢迎您！");
            // 调用flush方法，将缓存输出
            pw.flush();

            // 5、关闭资源
            pw.close();
            os.close();
            br.close();
            isr.close();
            is.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

• 客户端

package com.lord.quick;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 客户端
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

            // 2、获取输出流，向服务器端发送信息
            // 字节输出流
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            // 将输出流包装成打印流
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("用户名：admin；密码：123");
            pw.flush();

            // 关闭输出流
            socket.shutdownOutput();

            // 3、获取输入流，并读取服务端的响应内容
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("我是客户端，服务器说：" + info);
            }

            // 4、关闭资源
            br.close();
            is.close();
            pw.close();
            os.close();
            socket.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

6、基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录（多线程）

• 服务器端线程处理类

package com.lord.quick;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

/**
 *  服务器端线程处理类
 */
public class ServerThread extends Thread {
    // 和本线程相关的处理类
    Socket socket = null;

    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    // 执行线程操作，响应客户端请求
    @Override
    public void run() {
        InputStream is = null;
        InputStreamReader isr = null;
        BufferedReader br = null;
        OutputStream os = null;
        PrintWriter pw = null;

        try {
            // 获取输入流，并读取客户端信息
            is = socket.getInputStream();
            isr = new InputStreamReader(is);
            br = new BufferedReader(isr);

            // 循环读取客户端的信息
            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
            }

            // 关闭输入流
            socket.shutdownInput();

            // 获取输出流，响应客户端的请求
            os = socket.getOutputStream();
            pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("欢迎您！");

            // 调用flush方法，将缓存输出
            pw.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                // 关闭资源
                if (pw != null) {
                    pw.close();
                }
                if (os != null) {
                    os.close();
                }
                if (br != null) {
                    br.close();
                }
                if (isr != null) {
                    isr.close();
                }
                if (is != null) {
                    is.close();
                }
                if (socket != null) {
                    socket.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

• 服务器端

package com.lord.quick;

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 服务器端
 */
public class Server {

    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1、创建一个服务器端Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("***服务器即将启动，等待客户端的连接***");
            Socket socket = null;
            // 记录客户端的数量
            int count = 0;
            // 循环监听等待客户端的连接
            while (true) {
                // 调用accept()开始监听，等待客户端连接
                socket = serverSocket.accept();
                // 创建一个新的线程
                ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);
                // 启动线程
                serverThread.start();

                // 统计客户端的数量
                count++;
                System.out.println("客户端的数量：" + count);

                InetAddress address = socket.getInetAddress();
                System.err.println("当前客户端的IP:" + address.getHostAddress());
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

• 客户端

package com.lord.quick;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * 基于TCP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 客户端
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

            // 2、获取输出流，向服务器端发送信息
            // 字节输出流
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            // 将输出流包装成打印流
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("用户名：admin；密码：123");
            pw.flush();

            // 关闭输出流
            socket.shutdownOutput();

            // 3、获取输入流，并读取服务端的响应内容
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("我是客户端，服务器说：" + info);
            }

            // 4、关闭资源
            br.close();
            is.close();
            pw.close();
            os.close();
            socket.close();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

7、UDP编程

• UDP协议（用户数据报协议）是无连接、不可靠的、无序的
• UDP协议以数据报作为数据传输的载体
• 使用UDP进行数据传输时，首先需要讲要传输的数据定义成数据报（Datagram)，在数据报中指明数据所要达到的Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去
• DatagramPacket：表示数据报包
• DatagramSocket：表示端到端通信的类

8、基于UDP协议的Socket通信，实现用户登录

• 服务器端

package com.lord.quick;

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

/**
 * 基于UDP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 服务器端
 */
public class UDPServer {

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

        /**
         * 接收客户端发送的数据
         */
        // 1、创建服务器端DatagramSocket，指定端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
        // 2、创建数据报，用于接收客户端发送的数据
        byte[] data = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        // 3、接收客户端发送的数据，此方法在接收到数据报之前会一直阻塞
        System.out.println("***服务器已经启动，等待客户端发送数据***");
        socket.receive(packet);
        // 4、读取数据
        String info = new String(data, 0, packet.getLength());
        System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);

        /**
         * 向客户端响应数据
         */
        // 1、定义客户端的地址、端口、数据
        InetAddress address = packet.getAddress();
        int port = packet.getPort();
        byte[] data2 = "欢迎您!".getBytes();
        // 2、创建数据报，包含响应的信息
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
        // 3、响应客户端
        socket.send(packet2);

        // 关闭资源
        socket.close();
    }

}

• 客户端

package com.lord.quick;

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

/**
 * 基于UDP协议的Socket通信，实现用户登录
 * 客户端
 */
public class UDPClient {

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

        /**
         * 向服务器端发送数据
         */
        // 1、定义服务器的地址、端口号、数据
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 8800;
        byte[] data = "用户名：admin;密码：123".getBytes();
        // 2、创建数据报，包含发送的信息
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
        // 3、创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        // 4、向服务器端发送数据报
        socket.send(packet);

        /**
         * 接收服务器端响应的数据
         */
        // 1、创建数据报，用于接受服务器端响应的数据
        byte[] data2 = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
        // 2、接收服务器端响应的数据
        socket.receive(packet2);
        // 3、读取数据
        String reply = new String(data2, 0, packet2.getLength());
        System.out.println("我是客户端，服务器说：" + reply);

        // 关闭资源
        socket.close();
    }

}