1 問(wèn)題引入

1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型主要有OSI參考模型和TCP/IP五層模型

1.1.1 OSI參考模型

OSI（Open System Interconnect），即開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)。一般都叫OSI參考模型，是ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）組織在1985年研究的網(wǎng)絡(luò)互連模型。ISO為了更好的使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更為普及，推出了OSI參考模型，這樣所有的公司都按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指定自己的網(wǎng)絡(luò)，就可以互通互聯(lián)了。

OSI定義了網(wǎng)絡(luò)互連的七層框架（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層）。

1.1.2 TCP/IP五層模型

TCP/IP五層協(xié)議（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層）

1.1.3 各協(xié)議層的說(shuō)明

應(yīng)用層

應(yīng)用層最靠近用戶的一層，是為計(jì)算機(jī)用戶提供應(yīng)用接口，也為用戶直接提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。我們常見(jiàn)應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議有：HTTP，HTTPS，F(xiàn)TP，TELNET等。

傳輸層

建立了主機(jī)端到端的鏈接，傳輸層的作用是為上層協(xié)議提供端到端的可靠和透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包括處理差錯(cuò)控制和流量控制等問(wèn)題。該層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，使高層用戶看到的只是在兩個(gè)傳輸實(shí)體間的一條主機(jī)到主機(jī)的、可由用戶控制和設(shè)定的、可靠的數(shù)據(jù)通路。我們通常說(shuō)的，TCP UDP就是在這一層。端口號(hào)既是這里的“端”。

網(wǎng)絡(luò)層

本層通過(guò)IP尋址來(lái)建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接，為源端的運(yùn)輸層送來(lái)的分組，選擇合適的路由和交換節(jié)點(diǎn)，正確無(wú)誤地按照地址傳送給目的端的運(yùn)輸層。就是通常說(shuō)的IP層。這一層就是我們經(jīng)常說(shuō)的IP協(xié)議層。IP協(xié)議是Internet的基礎(chǔ)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)編程中的問(wèn)題

常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)編程中的問(wèn)題主要是怎么定位網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)主機(jī)或多臺(tái)主機(jī)，另一個(gè)是定位后如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。對(duì)于前者，在網(wǎng)絡(luò)層中主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的定位，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚?，由IP地址可以唯一地確定Internet上的一臺(tái)主機(jī)。對(duì)于后者，在傳輸層則提供面向應(yīng)用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。

對(duì)于客戶端/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)。 即通信雙方一方作為服務(wù)器等待客戶提出請(qǐng)求并予以響應(yīng)?？蛻魟t在需要服務(wù)時(shí)向服務(wù)器提出申請(qǐng)。服務(wù)器一般作為守護(hù)進(jìn)程始終運(yùn)行，監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)端口，一旦有客戶請(qǐng)求，就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)服務(wù)進(jìn)程來(lái)響應(yīng)該客戶，同時(shí)自己繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)服務(wù)端口，使后來(lái)的客戶也能及時(shí)得到服務(wù)。

對(duì)于瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)。 客戶則在需要服務(wù)時(shí)向服務(wù)器進(jìn)行請(qǐng)求。服務(wù)器響應(yīng)后及時(shí)返回，不需要實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)端口。

1.3 TCP協(xié)議與UDP協(xié)議

1.3.1 TCP

TCP是（Tranfer Control Protocol）的簡(jiǎn)稱，是一種面向連接的保證可靠傳輸?shù)膮f(xié)議。通過(guò)TCP協(xié)議傳輸，得到的是一個(gè)順序的無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)流。發(fā)送方和接收方的成對(duì)的兩個(gè)socket之間必須建立連接，當(dāng)一個(gè)socket（通常都是server socket）等待建立連接時(shí)，另一個(gè)socket可以要求進(jìn)行連接，一旦這兩個(gè)socket連接起來(lái)，它們就可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，雙方都可以進(jìn)行發(fā)送或接收操作。

TCP的三次握手

建立起一個(gè)TCP連接需要經(jīng)過(guò)“三次握手”：第一次握手：客戶端發(fā)送syn包(syn=j)到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)；第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認(rèn)客戶的SYN（ack=j+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。

握手過(guò)程中傳送的包里不包含數(shù)據(jù)，三次握手完畢后，客戶端與服務(wù)器才正式開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。理想狀態(tài)下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動(dòng)關(guān)閉連接之前，TCP?連接都將被一直保持下去。斷開(kāi)連接時(shí)服務(wù)器和客戶端均可以主動(dòng)發(fā)起斷開(kāi)TCP連接的請(qǐng)求。

1.3.2 UDP

UDP是（User Datagram Protocol）的簡(jiǎn)稱，是一種無(wú)連接的協(xié)議，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都是一個(gè)獨(dú)立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在網(wǎng)絡(luò)上以任何可能的路徑傳往目的地，因此能否到達(dá)目的地，到達(dá)目的地的時(shí)間以及內(nèi)容的正確性都是不能被保證的。

1.3.3 TCP和UDP的區(qū)別

UDP：

• 1、每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)中都給出了完整的地址信息，因此無(wú)需要建立發(fā)送方和接收方的連接。
• 2、UDP傳輸數(shù)據(jù)時(shí)是有大小限制的，每個(gè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)必須限定在64KB之內(nèi)。
• 3、UDP是一個(gè)不可靠的協(xié)議，發(fā)送方所發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)并不一定以相同的次序到達(dá)接收方

TCP：

• 1、面向連接的協(xié)議，在socket之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前必然要建立連接，所以在TCP中需要連接時(shí)間。
• 2、TCP傳輸數(shù)據(jù)沒(méi)有大小限制，一旦連接建立起來(lái)，雙方的socket就可以按統(tǒng)一的格式傳輸大的數(shù)據(jù)。
• 3、TCP是一個(gè)可靠的協(xié)議，它確保接收方完全正確地獲取發(fā)送方所發(fā)送的全部數(shù)據(jù)。

應(yīng)用：

• 1、TCP在網(wǎng)絡(luò)通信上有極強(qiáng)的生命力，例如遠(yuǎn)程連接（Telnet）和文件傳輸（FTP）都需要不定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)被可靠地傳輸。但是可靠的傳輸是要付出代價(jià)的，對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容正確性的檢驗(yàn)必然占用計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)的帶寬，因此TCP傳輸?shù)男什蝗鏤DP高。
• 2、UDP操作簡(jiǎn)單，而且僅需要較少的監(jiān)護(hù)，因此通常用于局域網(wǎng)高可靠性的分散系統(tǒng)中client/server應(yīng)用程序。例如視頻會(huì)議系統(tǒng)，并不要求音頻視頻數(shù)據(jù)絕對(duì)的正確，只要保證連貫性就可以了，這種情況下顯然使用UDP會(huì)更合理一些。

2 socket網(wǎng)絡(luò)編程

2.1什么是socket?

Socket的英文原義是“孔”或“插座”。在網(wǎng)絡(luò)編程中，網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序通過(guò)一個(gè)雙向的通信連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個(gè)連接的一端稱為一個(gè)socket。

Socket套接字是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。它是網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中端點(diǎn)的抽象表示，包含進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信必須的五種信息：連接使用的協(xié)議，本地主機(jī)的IP地址，本地進(jìn)程的協(xié)議端口，遠(yuǎn)地主機(jī)的IP地址，遠(yuǎn)地進(jìn)程的協(xié)議端口。

Socket本質(zhì)是編程接口(API)，對(duì)TCP/IP的封裝，TCP/IP也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)所用的接口，這就是Socket編程接口；HTTP是轎車(chē)，提供了封裝或者顯示數(shù)據(jù)的具體形式；Socket是發(fā)動(dòng)機(jī)，提供了網(wǎng)絡(luò)通信的能力。

2.2 Socket的原理

Socket實(shí)質(zhì)上提供了進(jìn)程通信的端點(diǎn)。進(jìn)程通信之前，雙方首先必須各自創(chuàng)建一個(gè)端點(diǎn)，否則是沒(méi)有辦法建立聯(lián)系并相互通信的。正如打電話之前，雙方必須各自擁有一臺(tái)電話機(jī)一樣。

套接字之間的連接過(guò)程可以分為三個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，客戶端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。

• 1、服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)：是服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。
• 2、客戶端請(qǐng)求：是指由客戶端的套接字提出連接請(qǐng)求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號(hào)，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求。
• 3、連接確認(rèn)：是指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽(tīng)到或者說(shuō)接收到客戶端套接字的連接請(qǐng)求，它就響應(yīng)客戶端套接字的請(qǐng)求，建立一個(gè)新的線程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認(rèn)了此描述，連接就建立好了。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請(qǐng)求。

3 基于java的socket網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)

Server端Listen監(jiān)聽(tīng)某個(gè)端口是否有連接請(qǐng)求，Client端向Server 端發(fā)出連接請(qǐng)求，Server端向Client端發(fā)回Accept接受消息。這樣一個(gè)連接就建立起來(lái)了。Server端和Client端都可以通過(guò)Send，Write等方法與對(duì)方通信。

對(duì)于一個(gè)功能齊全的Socket，都要包含以下基本結(jié)構(gòu)，其工作過(guò)程包含以下四個(gè)基本的步驟：

• 1、創(chuàng)建Socket；
• 2、 打開(kāi)連接到Socket的輸入/出流；
• 3、按照一定的協(xié)議對(duì)Socket進(jìn)行讀/寫(xiě)操作；
• 4、關(guān)閉Socket。

3.1 基于TCP的socket實(shí)現(xiàn)

SocketClient.java

public class SocketClient {
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		try {
			// 和服務(wù)器創(chuàng)建連接
			Socket socket = new Socket("localhost",8088);
			
			// 要發(fā)送給服務(wù)器的信息
			OutputStream os = socket.getOutputStream();
			PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
			pw.write("客戶端發(fā)送信息");
			pw.flush();
			
			socket.shutdownOutput();
			
			// 從服務(wù)器接收的信息
			InputStream is = socket.getInputStream();
			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
			String info = null;
			while((info = br.readLine())!=null){
				System.out.println("我是客戶端，服務(wù)器返回信息："+info);
			}
			
			br.close();
			is.close();
			os.close();
			pw.close();
			socket.close();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
 
}

SocketServer.java

public class SocketServer {
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
			// 創(chuàng)建服務(wù)端socket
			ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
			
			// 創(chuàng)建客戶端socket
			Socket socket = new Socket();	
			
			//循環(huán)監(jiān)聽(tīng)等待客戶端的連接
            while(true){
            	// 監(jiān)聽(tīng)客戶端
            	socket = serverSocket.accept();
            	
            	ServerThread thread = new ServerThread(socket);
            	thread.start();
            	
            	InetAddress address=socket.getInetAddress();
                System.out.println("當(dāng)前客戶端的IP："+address.getHostAddress());
            }
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			e.printStackTrace();
		}
	}
 
}

ServerThread.java

public class ServerThread extends Thread{
	
	private Socket socket = null;
	
	public ServerThread(Socket socket) {
		this.socket = socket;
	}
 
	@Override
	public void run() {
		InputStream is=null;
        InputStreamReader isr=null;
        BufferedReader br=null;
        OutputStream os=null;
        PrintWriter pw=null;
        try {
			is = socket.getInputStream();
			isr = new InputStreamReader(is);
			br = new BufferedReader(isr);
			
			String info = null;
			
			while((info=br.readLine())!=null){
				System.out.println("我是服務(wù)器，客戶端說(shuō)："+info);
			}
			socket.shutdownInput();
			
			os = socket.getOutputStream();
			pw = new PrintWriter(os);
			pw.write("服務(wù)器歡迎你");
			
			pw.flush();
        } catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
		} finally{
			//關(guān)閉資源
            try {
                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();
            }
		}
	}
 
}

在運(yùn)行時(shí)，若先執(zhí)行SocketClient會(huì)提示無(wú)法連接到服務(wù)器，因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有服務(wù)在監(jiān)聽(tīng)8088端口。此demo是多線程實(shí)現(xiàn)，在先啟動(dòng)SocketServer后，服務(wù)器會(huì)一直監(jiān)聽(tīng)8088端口，再執(zhí)行SocketClient就會(huì)正常輸出結(jié)果。

3.2 基于UDP的socket實(shí)現(xiàn)

SocketClient.java

public class SocketClient {
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
            // 要發(fā)送的消息
            String sendMsg = "客戶端發(fā)送的消息";
            
            // 獲取服務(wù)器的地址
            InetAddress addr = InetAddress.getByName("localhost");
            
            // 創(chuàng)建packet包對(duì)象，封裝要發(fā)送的包數(shù)據(jù)和服務(wù)器地址和端口號(hào)
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(sendMsg.getBytes(),
            		sendMsg.getBytes().length, addr, 8088); 
            
            // 創(chuàng)建Socket對(duì)象
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
            
            // 發(fā)送消息到服務(wù)器
            socket.send(packet);
 
            // 關(guān)閉socket
            socket.close();
            
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
	}
}

SocketServer.java

public class SocketServer {
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
			 // 要接收的報(bào)文
			byte[] bytes = new byte[1024];
			DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
			
			// 創(chuàng)建socket并指定端口
			DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8088);
			
			// 接收socket客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果未收到會(huì)一致阻塞
			socket.receive(packet);
			String receiveMsg = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
			System.out.println(packet.getLength());
			System.out.println(receiveMsg);
			
			// 關(guān)閉socket
			socket.close();
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			e.printStackTrace();
		}
	}
 
}

運(yùn)行時(shí)，先啟動(dòng)SocketServer，再啟動(dòng)SocketClient，會(huì)正常打印數(shù)據(jù)。在先啟動(dòng)SocketServer時(shí)，代碼執(zhí)行到socket.receive(packet)時(shí)會(huì)一致阻塞在這里，直到啟動(dòng)SocketClient后，SocketServer會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，并將收到SocketClient的信息打印出來(lái)。如果是先啟動(dòng)SocketClient，會(huì)立即執(zhí)行完畢，再執(zhí)行SocketServer時(shí)，依舊會(huì)阻塞在receive方法處，直到下一次SocketClient的執(zhí)行。

參考

Java Scoket編程

WebSocket與消息推送

JAVA 通過(guò) Socket 實(shí)現(xiàn) TCP 編程

OSI七層模型與TCP/IP五層模型

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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