java socket 服务端和客户端编程

breakjoa

贡献于2013-07-27

字数:9652 关键词: Java开发

网络编程 java socket编程 一、网络编程中两个主要的问题 一个是如何准确地定位网络上一台或多台主机,另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。 在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位,数据传输的路由,由IP地址可以唯一的确定Internet上的一台主机。 而TCP层则提供面向应用的可靠(tcp)的或非可靠(UDP)的数据传输机制,这是网络编程的主要对象,一般不需要关心IP层是如何处理数据的。 目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器(C/S)结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提出申请。服务器一般作为守护进程始终运行,监听网络端口,一旦有客户请求,就会启动一个服务进程来响应该客户,同时自己继续监听服务端口,使后来的客户也能及时得到服务。 二、两类传输协议:TCP、UDP TCP是Transfer Control Protocol的 简称,是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建 立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个socket(通常都是server socket)等待建立连接时,另一个socket可以要求进行连接,一旦这两个socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送 或接收操作。 UDP是User Datagram Protocol的简称,是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。 (一) 两者之间的比较 UDP: 1. 每个数据报中都给出了完整的地址信息,因此无需要建立发送方和接收方的连接。 2. UDP传输数据时有大小限制的,每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。 3.  UDP是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。 TCP: 网络编程 1. 面向连接的协议,在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接,所以在TCP中需要连接时间。 2. TCP传输数据大小限制,一旦连接建立起来,双方的socket就可以按统一的格式传输大的 数据。 3. TCP是一个可靠的协议,它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。 (二)应用 1. TCP在网络通信上有极强的生命力,例如远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此TCP传输的效率不如UDP高。 4. UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。 三、基于Socket的java网络编程 1.什么是Socket 网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。 但是,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下,Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。 2.Socket通讯的过程 Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求,Client端向Server 端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client 端都可以通过Send,Write等方法与对方通信。 对于一个功能齐全的Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤: (1) 创建Socket; (2) 打开连接到Socket的输入/出流; (3) 按照一定的协议对Socket进行读/写操作; (4) 关闭Socket。 网络编程 3.创建Socket java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下: Socket(InetAddress address, int port); Socket(InetAddress address, int port, boolean stream); Socket(String host, int prot); Socket(String host, int prot, boolean stream); Socket(SocketImpl impl) Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)  Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort) ServerSocket(int port); ServerSocket(int port, int backlog); ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) 其中address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端 口号,stream指明socket是流socket还是数据报socket,localPort表示本地主机的端口号,localAddr和 bindAddr是本地机器的地址(ServerSocket的主机地址),impl是socket的父类,既可以用来创建serverSocket又可 以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。 Socket client = new Socket("127.0.01.", 80); ServerSocket server = new ServerSocket(80); 注意,在选择端口时,必须小心。每一个端口提供一种特定的服务,只有给出正确的端口,才能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留,例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23,所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。 在创建socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket时必须捕获或抛出异常。 4.简单的Client/Server程序 (1) 客户端程序  import java.io.*; //import java.lang.*; 网络编程 import java.net.*; public class TalkClient { public static void main(String[] args) throws IOException{ try{ Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700); //向本机的4700端口发出客户请求 BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象 PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream()); //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象 BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象 String readline; readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串 while(!readline.equals("bye")){ //若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环 os.println(readline); //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server os.flush(); //刷新输出流,使Server马上收到该字符串 System.out.println("Client:"+readline); //在系统标准输出上打印读入的字符串 System.out.println("Server:"+is.readLine()); //从Server读入一字符串,并打印到标准输出上 readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串 } //继续循环 os.close(); //关闭Socket输出流 is.close(); //关闭Socket输入流 socket.close(); //关闭Socket }catch(Exception e) { System.out.println("can not listen to:"+e);//出错,打印出错信息 } } }  (2) 服务器端程序   import java.io.*; import java.net.*; import java.applet.Applet; public class TalkServer{ 网络编程 public static void main(String[] args) throws IOException{ try{ ServerSocket server=null; try{ server=new ServerSocket(4700); //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求 }catch(Exception e) { System.out.println("can not listen to:"+e); //出错,打印出错信息 } Socket socket=null; try{ socket=server.accept(); //使用accept()阻塞等待客户请求,有客户 //请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行 }catch(Exception e) { System.out.println("Error."+e); //出错,打印出错信息 } String line; BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象 PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream()); //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象 BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象 System.out.println("Client:"+is.readLine()); //在标准输出上打印从客户端读入的字符串 line=sin.readLine(); //从标准输入读入一字符串 while(!line.equals("bye")){ //如果该字符串为 "bye",则停止循环 os.println(line); //向客户端输出该字符串 os.flush(); //刷新输出流,使Client马上收到该字符串 System.out.println("Server:"+line); //在系统标准输出上打印读入的字符串 System.out.println("Client:"+is.readLine()); //从Client读入一字符串,并打印到标准输出上 line=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串 网络编程 } //继续循环 os.close(); //关闭Socket输出流 is.close(); //关闭Socket输入流 socket.close(); //关闭Socket server.close(); //关闭ServerSocket }catch(Exception e) {//出错,打印出错信息 System.out.println("Error."+e); } } } 5. 支持多客户的client/server程序 前面的Client/Server程序只能实现Server和一个客户的对话。在实际应用 中,往往是在服务器上运行一个永久的程序,它可以接收来自其他多个客户端的请求,提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能,需要对上 面的程序进行改造,利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求,一旦监听到客户请求,服务器就会启动一个专门的服务线程来响 应该客户的请求,而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态,等待下一个客户的到来。 ServerSocket serverSocket=null;     boolean listening=true;     try{       serverSocket=new ServerSocket(4700);       //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求     }catch(IOException e) {  }     while(listening){ //永远循环监听       new ServerThread(serverSocket.accept(),clientnum).start();       //监听到客户请求,根据得到的Socket对象和        客户计数创建服务线程,并启动之       clientnum++; //增加客户计数     }     serverSocket.close(); //关闭ServerSocket 设计ServerThread类 网络编程  public class ServerThread extends Thread{    Socket socket=null; //保存与本线程相关的Socket对象    int clientnum; //保存本进程的客户计数    public ServerThread(Socket socket,int num) { //构造函数     this.socket=socket; //初始化socket变量     clientnum=num+1; //初始化clientnum变量    }    public void run() { //线程主体     try{//在这里实现数据的接受和发送} 四、Datagram通讯 在TCP/IP协议的传输层除了TCP协议之外还有一个UDP协议,相比而言UDP的应用不如TCP广泛,几个标准的应用层协议HTTP,FTP,SMTP…使用的都是TCP协议。但是,UDP协议可以应用在需要很强的实时交互性的场合,如网络游戏,视频会议等。 1.什么是Datagram 数据报(Datagram)就跟日常生活中的邮件系统一样,是不能保证可靠地寄到的,而面向链接的TCP就好比电话,双方能肯定对方接受到了信息。 TCP,可靠,传输大小无限制,但是需要连接建立时间,差错控制开销大。 UDP,不可靠,差错控制开销较小,传输大小限制在64K以下,不需要建立连接。 2.Datagram使用 包java.net中提供了两个类DatagramSocket和DatagramPacket用来支持数据报通信,DatagramSocket用于在程序之间建立传送数据报的通信连接, DatagramPacket则用来表示一个数据报。 DatagramSocket的构造方法:            DatagramSocket();    DatagramSocket(int prot);    DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) 网络编程 其中,port指明socket所使用的端口号,如果未指明端口号,则把socket连接到 本地主机上一个可用的端口。laddr指明一个可用的本地地址。给出端口号时要保证不发生端口冲突,否则会生成SocketException类例外。注 意:上述的两个构造方法都声明抛弃非运行时例外SocketException,程序中必须进行处理,或者捕获、或者声明抛弃。  用数据报方式编写client/server程序时,无论在客户方还是服务方,首先都要建立一个DatagramSocket对象,用来接收或发送数据报,然后使用DatagramPacket类对象作为传输数据的载体。 DatagramPacket的构造方法 :    DatagramPacket(byte buf[],int length);    DatagramPacket(byte buf[], int length, InetAddress addr, int port);    DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length);    DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port); 其中,buf中存放数据报数据,length为数据报中数据的长度,addr和port旨明目的地址,offset指明了数据报的位移量。 在接收数据前,应该采用上面的第一种方法生成一个DatagramPacket对象,给出接收数据的缓冲区及其长度。然后调用DatagramSocket 的方法receive()等待数据报的到来,receive()将一直等待,直到收到一个数据报为止。   DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);   Socket.receive (packet); 发送数据前,也要先生成一个新的DatagramPacket对象,这时要使用上面的第二种 构造方法,在给出存放发送数据的缓冲区的同时,还要给出完整的目的地址,包括IP地址和端口号。发送数据是通过DatagramSocket的方法 send()实现的,send()根据数据报的目的地址来寻径,以传递数据报。   DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, length, address, port);   Socket.send(packet); 在构造数据报时,要给出InetAddress类参数。类InetAddress在包java.net中定义,用来表示一个Internet地址,我们可 以通过它提供的类方法getByName()从一个表示主机名的字符串获取该主机的IP地址,然后再获取相应的地址信息。 3.用Datagram进行广播通讯(MulticastSocket) DatagramSocket只允许数据报发送一个目的地址,java.net包中提供了一个类MulticastSocket,允许数据报以广播方式发送到该端口的所有客户。MulticastSocket用在客户端,监听服务器广播来的数据。 网络编程 (1) 客户方程序:MulticastClient.java   import java.io.*;   import java.net.*;   import java.util.*;   public class MulticastClient {     public static void main(String args[]) throws IOException     {      MulticastSocket socket=new MulticastSocket(4446);      //创建4446端口的广播套接字      InetAddress address=InetAddress.getByName("230.0.0.1");      //得到230.0.0.1的地址信息      socket.joinGroup(address);      //使用joinGroup()将广播套接字绑定到地址上      DatagramPacket packet;      for(int i=0;i<5;i++) {        byte[] buf=new byte[256];        //创建缓冲区        packet=new DatagramPacket(buf,buf.length);        //创建接收数据报        socket.receive(packet); //接收        String received=new String(packet.getData());        //由接收到的数据报得到字节数组,        //并由此构造一个String对象        System.out.println("Quote of theMoment:"+received);        //打印得到的字符串 网络编程      } //循环5次      socket.leaveGroup(address);      //把广播套接字从地址上解除绑定      socket.close(); //关闭广播套接字    }  }  (2) 服务器方程序:MulticastServer.java   public class MulticastServer{     public static void main(String args[]) throws java.io.IOException     {       new MulticastServerThread().start();       //启动一个服务器线程     }   }  (3) 程序MulticastServerThread.java   import java.io.*;   import java.net.*;   import java.util.*;   public class MulticastServerThread extends QuoteServerThread   //从QuoteServerThread继承得到新的服务器线程类MulticastServerThread   {     Private long FIVE_SECOND=5000; //定义常量,5秒钟     public MulticastServerThread(String name) throws IOException     {       super("MulticastServerThread"); 网络编程       //调用父类,也就是QuoteServerThread的构造函数     }     public void run() //重写父类的线程主体     {      while(moreQuotes) {      //根据标志变量判断是否继续循环       try{         byte[] buf=new byte[256];         //创建缓冲区         String dString=null;         if(in==null) dString=new Date().toString();         //如果初始化的时候打开文件失败了,         //则使用日期作为要传送的字符串         else dString=getNextQuote();         //否则调用成员函数从文件中读出字符串         buf=dString.getByte();         //把String转换成字节数组,以便传送send it         InetAddress group=InetAddress.getByName("230.0.0.1");         //得到230.0.0.1的地址信息         DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf,buf.length,group,4446);         //根据缓冲区,广播地址,和端口号创建DatagramPacket对象         socket.send(packet); //发送该Packet         try{           sleep((long)(Math.random()*FIVE_SECONDS));           //随机等待一段时间,0~5秒之间 网络编程         }catch(InterruptedException e) { } //异常处理       }catch(IOException e){ //异常处理         e.printStackTrace( ); //打印错误栈         moreQuotes=false; //置结束循环标志       }     }     socket.close( ); //关闭广播套接口    }  }

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