Socket 是网络编程中一种重要的通信机制，它允许不同的计算机通过网络进行数据交换。
一、 Socket 的概念
Socket（套接字）是计算机网络编程中的一种抽象，它提供了在网络上进行通信的接口。
Socket 本质上是一种通信的端点，它在网络上标识了一个通信链路的两端，并提供了通信双方所需的接口和功能。
通过使用 Socket，可以在不同计算机之间建立连接，并进行数据的传输和交换（网络通信）。
二、 Socket 类型
在 Socket 编程中，常见的两种类型是 TCP Socket 和 UDP Socket。
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TCP Socket：TCP（传输控制协议）是一种面向连接的协议，它提供可靠的、有序的数据传输。TCP Socket 基于 TCP 协议，使用三次握手建立连接，确保数据的可靠性和顺序性。
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UDP Socket：UDP（用户数据报协议）是一种无连接的协议，它提供了简单的数据传输服务，但不保证数据的可靠性和顺序性。UDP Socket 基于 UDP 协议，无需建立连接，适用于一些实时性要求高、允许一定数据丢失的应用场景。
三、 Socket 的工作原理
3.1 三次握手
这里需要先讲一下TCP 协议中的三次握手。
同步序号：SYN 确认字段：ACK 随机数据：seq
规定：
当SYN=1,ACK=0表示连接请求
当SYN=1,ACK=1表示同意建立连接
如上图，纵向的轴，是一个时间轴。
第一次握手：时间点1，客户端向服务端发送连接请求报文段。ACK=0,SYN=1,seq=x
将SYN位置为1，Sequence Number为x;然后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认;
第二次握手：服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段，需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时，自己自己还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。
完成了三次握手，客户端和服务器端就可以开始传送数据。
TCP/IP 三次握手：
TCP/IP 三次握手_tcp三次握手-CSDN博客
创建 Socket与TCP/IP 三次握手有什么关系：
在 TCP 协议中，建立连接通常需要进行三次握手，而创建 Socket 对象通常是在握手之前的准备工作之一。用于准备建立连接所需的资源和信息。（创建一个套接字，收集一些计算机的资源，将一些资源绑定套接字里面，以及接受和发送数据的函数等等，这些功能接口在一起构成了socket的编程。）
具体来说，在客户端发起连接之前，通常会创建一个 Socket 对象，然后调用 connect 方法来发起连接请求；
而在服务器端接受连接之前，通常会创建一个 Socket 对象，然后调用 accept 方法来接受连接请求并返回一个新的 Socket 对象，用于与客户端进行通信。
3.2 Socket 的工作原理
当客户端和服务端使用 Socket 进行通信时，它们的工作原理有所不同。
3.2.1 客户端的 Socket 工作原理：
-
创建 Socket 对象：客户端首先会创建一个 Socket 对象，用于与服务器端建立连接。
-
连接服务器：客户端通过调用 Socket 对象的
connect方法来连接服务器。在连接过程中，客户端会发送连接请求给服务器端。 -
发送数据：一旦连接建立成功，客户端就可以通过 Socket 对象的
send方法向服务器端发送数据。发送的数据通常包括请求信息、参数等。 -
接收数据：客户端通过 Socket 对象的
recv方法来接收服务器端发送的响应数据。客户端会等待服务器端的响应，并在接收到响应后进行相应的处理。 -
关闭连接：通信结束后，客户端会调用 Socket 对象的
close方法来关闭连接，并释放资源。
3.2.2 服务端的 Socket 工作原理：
-
创建 Socket 对象：服务器端首先会创建一个 Socket 对象，用于监听客户端的连接请求。
-
绑定地址和端口：服务器端会将 Socket 对象绑定到一个特定的地址和端口上，以便客户端能够连接到该地址和端口。
-
监听连接：服务器端通过调用 Socket 对象的
listen方法来开始监听客户端的连接请求。一旦调用了listen方法，服务器就处于等待客户端连接的状态。 -
接受连接：当客户端发起连接请求时，服务器端会调用
accept方法来接受连接。在接受连接之后，服务器端会创建一个新的 Socket 对象，用于与该客户端进行通信。 -
接收和处理数据：一旦连接建立成功，服务器端就可以通过新创建的 Socket 对象来接收客户端发送的数据，并进行相应的处理。服务器端会等待客户端发送数据，并在接收到数据后进行解析和处理。
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发送数据：服务器端也可以通过 Socket 对象的
send方法向客户端发送数据。这通常发生在服务器端需要向客户端发送响应或其他信息时。 -
关闭连接：通信结束后，服务器端会调用 Socket 对象的
close方法来关闭连接，并释放资源。
总的来说，客户端和服务端的 Socket 工作原理都涉及创建 Socket 对象、建立连接、发送和接收数据以及关闭连接等步骤，但具体的操作和流程略有不同。客户端主要负责发起连接和发送请求，而服务端主要负责监听连接、接受连接和处理请求。
四、代码
4.1 Java代码
4.1.1 客户端代码WebClient
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class WebClient {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String messageA; // 储存A发送的消息
try {
// 创建 Socket，连接到服务器的 IP 地址和端口
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
// 获取输入流和输出流
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
while (true) { // 一直保持发送
System.out.print("输入消息：" + '\t');
// 输入消息
messageA = scanner.nextLine();
// 发送消息给服务器
outputStream.write(messageA.getBytes());
outputStream.flush(); // 刷新缓冲区，确保消息发送给服务器
// 接收服务器的响应
byte[] buffer = new byte[1024];
int length = inputStream.read(buffer);
String response = new String(buffer, 0, length);
System.out.println("B: " + response);
}
// 关闭连接
// outputStream.close();
// inputStream.close();
// socket.close();
} catch (IOException e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
4.1.2 客户端代码WebServer
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class WebServer {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String messageB = ""; // 储存B发送的消息
try {
// 创建 ServerSocket，监听指定的端口
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
System.out.println("服务启动，等待客户端连接... ");
// 等待客户端连接
Socket socket = serverSocket.accept();
// 获取输入流和输出流
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
while (true) {
// 接收客户端发送的数据
byte[] buffer = new byte[1024];
int length = inputStream.read(buffer);
String message = new String(buffer, 0, length);
System.out.println("A: " + message);
System.out.print("输入消息：" + '\t');
messageB = scanner.nextLine();
// 发送响应给客户端
outputStream.write(messageB.getBytes());
outputStream.flush(); // 刷新缓冲区，确保消息发送给客户端
}
// 关闭连接
// outputStream.close();
// inputStream.close();
// socket.close();
// serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果：
这样我们就实现了基于 TCP 协议的长连接。
TCP（传输控制协议）是一种可靠的、面向连接的协议，它提供了数据传输的可靠性和顺序性。在 TCP 长连接中，客户端和服务器之间建立一次连接后，可以持续地在该连接上进行数据传输，直到其中一方显式地关闭连接为止。TCP 长连接适合于需要保持持续通信的场景，例如即时通讯、远程控制等。
既然tcp协议的长连接就能实现续通信的场景，为什么还要用web Socket 呢？
尽管 TCP 协议的长连接可以实现持续通信的场景，但 WebSocket 协议在某些情况下更适合。
-
更轻量级的通信开销： WebSocket 协议相比于 HTTP 协议（即基于长连接的 HTTP 长轮询或者服务器推送技术）具有更轻量级的通信开销。WebSocket 在建立连接后，在客户端和服务器之间建立了全双工的通信通道，通过一个简单的握手过程后，数据可以在客户端和服务器之间进行双向实时通信，无需每次都携带 HTTP 的头部信息，减少了通信的开销。
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更低的延迟： WebSocket 协议通过在客户端和服务器之间建立长期的双向通信通道，可以实现实时的双向通信，从而降低了通信的延迟。对于需要实时性较高的应用场景，如在线游戏、实时聊天等，WebSocket 可以提供更好的用户体验。
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更方便的API： WebSocket 提供了更简洁、方便的 API，使得开发者可以更容易地实现实时通信功能。客户端和服务器端都可以使用相同的编程模型来处理 WebSocket 连接，简化了开发流程。
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更好的跨域支持： WebSocket 协议在跨域通信方面具有更好的支持，因为 WebSocket 握手过程中的 HTTP 头部信息可以包含跨域资源共享（CORS）的相关信息，使得跨域通信更加方便。
4.2 pyhton代码
4.2.1 服务端代码
# -*- coding:utf-8 -*-
# @Author: 喵酱
# @time: 2024 - 04 -10
# @File: server.py
# desc:
import socket
def main():
# 创建套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定IP地址和端口
server_socket.bind(('localhost', 8888))
# 监听连接
server_socket.listen(1)
print("服务启动，等待客户端连接... ")
# 接受客户端连接
client_socket, client_address = server_socket.accept()
print(f"客户端 {client_address} 已连接")
while True:
try:
# 接收客户端消息
message = client_socket.recv(1024).decode()
print("A:", message)
# 发送消息给客户端
message_b = input("输入消息：")
client_socket.send(message_b.encode())
except Exception as e:
print("发生异常:", e)
break
# 关闭连接
client_socket.close()
server_socket.close()
if __name__ == "__main__":
main()
4.2.2 客户端代码
# -*- coding:utf-8 -*-
# @Author: 喵酱
# @time: 2024 - 04 -10
# @File: client.py
# desc:
import socket
def main():
# 创建套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接服务器
client_socket.connect(('localhost', 8888))
while True:
try:
# 发送消息给服务器
message_a = input("输入消息：")
client_socket.send(message_a.encode())
# 接收服务器响应
response = client_socket.recv(1024).decode()
print("B:", response)
except Exception as e:
print("发生异常:", e)
break
# 关闭连接
client_socket.close()
if __name__ == "__main__":
main()
