【JavaEE】UDP、TCP的API介绍

UDP数据报套接字编程

DatagramSocket API

DatagramPacket API

回显C/S示例

TIPS

TCP

ServerSocket API

Socket API

回显C/S示例

UDP数据报套接字编程

DatagramSocket API

socket是操作系统中的一种概念，本质上是一种特殊的文件，socket属于是把“网卡”这个设备给抽象成文件，往socket文件中写数据，就相当于通过网卡发送数据，往socket文件读数据，就相当于通过网卡接收数据，在java中使用DatagramSocket来表示系统内部的socket文件。

DatagramSocket是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报

DatagramSocket构造方法：

方法	说明
DatagramSocket()	创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意一个随机端口（一般用于客户端）
DatagramSocket(int port)	创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机指定的端口（一般用于服务器）

DatagramSocket方法：

方法	说明
void send(DatagramPacket p)	从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该方法会阻塞等待）
void receive(DatagramPacket p)	从此套接字发送数据报（不会阻塞等待，直接发送）
void close()	关闭此数据报套接字

DatagramPacket API

DatagramPacket表示一个udp数据报

DatagramPacket构造方法

方法	说明
DatagramPacket（byte[] buf,int length）	构建一个DatagramPacket以用来接收数据报，接收的数组保存在字节数组（第一个参数buf）中，第二个参数结束指定长度
DatagramPacket（byte[] buf,int offset,int length,SocketAddress address）	构建一个DatagramPacket以用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第一个参数buf），从0到指定长度（第二个参数length），address指定目的主机的ip和端口号

DatagramPacket方法

方法	说明
InetAddress getAddress()	从接收的数据报中，获取发送端主机ip地址；或从发送的数据中，获取接收端主机ip地址
int getPort()	从接收的数据报中，获取发送端主机的端口号，或从发送的数据报中，获取接收端主机端口号
byte[] getData()	获取数据报中的数据

服务器和客户端都需要创建Socket对象，但是服务器的socket一般要显示手动指定一个端口号，而客户端的socket一般不能显式指定（不显式指定，此时系统会自动分配一个随机的端口），指定的话可能会与其他客户端冲突，系统自动分配可以避免冲突。

回显C/S示例

服务端代码

package network;

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

public class UdpEchoServer {

    private DatagramSocket socket=null;
    //指定服务器socket要绑定的端口
    private static final int PORT=9090;
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket=new DatagramSocket(PORT);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");

        while(true)
        {
            DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestPacket);
            //当完成receive之后，数据都是以二进制的形式存储在DatagramPacket中
            //因此我们需要先将这个二进制数据转成字符
            String request=new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
            String response=process(request);

            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),responsePacket.getPort(),request,response);
        }
    }
    public String process(String request)
    {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer udpEchoServer=new UdpEchoServer(9090);
        udpEchoServer.start();
    }
}

客户端代码

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket=null;
    private String serverIP="";
    private int serverPort=0;
    public UdpEchoClient(String ip,int port) throws SocketException {
        socket=new DatagramSocket();
        serverIP=ip;
        serverPort=port;
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动！");
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        while(true)
        {
            System.out.println("-> ");
            String request=scanner.next();
            DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            String response=new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            System.out.printf("%s\n",response);
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient udpEchoClient=new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
        udpEchoClient.start();
    }
}

效果如下：

TIPS

1、new byte[4096]，这个对象用来承载从网卡这边读到的数据，收到数据的时候，需要搞一个内存空间来保存这个数据，DatagramPacket内部不能自行分配内存空间，因此就需要我们手动把空间创建好，交给DatagramPacket进行处理。

2、服务器一旦启动，就会立即执行到这里的receive方法，此时，如果客户端的请求可能还没来呢，这种情况也没关系，receive就会直接阻塞，就会一直阻塞到客户端把请求发过来为止。

3、完成receive之后，数据都是以二进制的形式存储到DatagramPacket中，要想把这里的数据给显示出来，还需要把这个二进制数据给转成字符串

String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

将0,requestPacket.getLength()区间内的字节，构造成一个String

4、response.getBytes().length()不能写成 response.length()，这涉及到字符集的问题，如果这个字符串的内容都是英文字符，此时字节和字符个数是一样的，但是如果包含中文，就不一样了，在网络传输时，都是以字节为单位

TCP

因为tcp是面向字节流的，传输的基本单位是byte，因此不需要像udp一样需要有一个数据报类表示传输的基本单位。

ServerSocket API

ServerSocket构造方法：

方法	说明
ServerSocket(int port)	创建一个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端口

ServerSocket方法：

方法	说明
Socket accept()	开始监听指定端口，有客户端连接后，返回一个服务端Socket对象，并基于该Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待
void close()	关闭此套接字

Socket API

Socket构造方法：

方法	说明
Socket(String host，int port)	创建一个客户端流套接字Socket，并与对应ip的主机上，对应端口的进程建立连接

Socket方法：

方法	说明
getPort()	获取对端的端口
getInetAddress()	获取对端的ip
getLocalAddress()	获取本地的ip
getLocalPort()	获取本地的端口
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流（进行read操作，就是接收）
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流（进行write操作，就是发送）

前面udp中DatagramSocket和ServerSocket没写close，是因为程序中，只有这么一个对象，生命周期是贯穿整个程序的，而在服务端accept，与客户端连接，在服务端每次有新的客户端来建立连接，都会创建一个新的clientSocket，每个socket对象会占据文件描述符表的位置，因此我们要记得释放。

回显C/S示例

服务端代码：

这里服务端处理连接时创建新线程处理一个客户端连接，因为tcp连接服务端和客户端交互时，需要保持连接，如果不新建线程进行处理，客户端不能多个同时与服务端进行交互，需要排队等待。

为了减少线程创建销毁的开销，这里引入线程池的使用。

package Tcp;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class TcpServer {
    private ServerSocket serverSocket=null;
    public TcpServer(int port) throws IOException {
        serverSocket=new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务端上线了！");
        ExecutorService service= Executors.newCachedThreadPool();
        while(true)
        {
            Socket clientSocket=serverSocket.accept();
            service.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        proccessConnection(clientSocket);
                    } catch (IOException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            });
        }
    }
    public void proccessConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        //进入方法，先打印一个日志，表示当前有客户但上线了
        System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort() );
        //接下来进行信息交互
        try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream())
        {
            OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream();
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            while(true) {
                if (!scanner.hasNext())
                {
                    System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线了\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
                    break;
                }

                //1、请求并解析
                String request=scanner.next();
                //2、根据请求，计算响应
                String response=proccess(request);

                PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream);
                printWriter.println(response);
                //此处要记得刷新缓冲区，如果没有刷新操作，数据可能还在内存中，没有被写入网卡
                printWriter.flush();
                System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(),request, response);
            }

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        finally {
            clientSocket.close();
        }

    }
    public String proccess(String request)
    {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpServer tcpServer=new TcpServer(9090);
        tcpServer.start();
    }
}

客户端代码：

package Tcp;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpClient {
    private Socket clientSocket=null;
    public TcpClient(String serverIP,int port) throws IOException {
        clientSocket=new Socket(serverIP,port);
    }
    public void start()
    {
        Scanner scaner=new Scanner(System.in);
        try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream())
        {
            OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream();
            PrintWriter printWriter=new PrintWriter(outputStream);
            Scanner scannerNetwork=new Scanner(inputStream);
            while(true)
            {
                //从控制台获取用户输入的内容
                System.out.println("-> ");
                String request=scaner.next();
                //把字符串作为请求，发送给服务器

                printWriter.println(request);
                printWriter.flush();

                //读取服务器返回的响应
                String response=scannerNetwork.next();
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpClient tcpClient=new TcpClient("127.0.0.1",9090);
        tcpClient.start();
    }
}