JAVA SOCKET编程——TCP/UDP

JAVA SOCKET编程——TCP/UDP

什么是SOCKET？

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。 简而言之，socket是一个应用层之下，传输层之上的接口的接口层。 可以理解为去银行办理业务，我们所在的位置就是应用层，柜台里面为传输层，柜台的窗口就是socket接口。

那么，问题来了，如何在互联网中明确标记一台设备和唯一的一个通信通道呢？ ip地址，用来标识唯一的一台设备。端口(port)号用来标识一个进程。 使用源ip地址+源port号+目标ip地址+目标port号来标识一个唯一的通信通道。

关于TCP和UDP，它们都是传输层的协议，不同的是：1、TCP是可靠的，UDP是不可靠的。可靠并不代表数据一定能够通过网络发送成功，而是发送的数据会尽可能的发送成功，并且即使失败了，对方也有感知。 2、TCP是有连接的，而UDP是无连接的。 3、TCP是面向字节流的，而UDP是面向数据报文的。

简单了解了TCP/UDP协议的不同后，我们使用Java Socket，基于TCP/UDP协议，实现客户端给服务端发送信息，经过处理发送回客户端，客户端进行显示。

1、基于TCP的SOCKET编程

C/S模型(客户端/服务端)流程图

1.1、CLIENT端

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9898);
        Scanner console = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入请求>");
        String request = console.nextLine();
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        PrintWriter writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(os, "UTF-8"));
        writer.println(request);
        writer.flush();
        InputStream is = socket.getInputStream();
        Scanner scanner = new Scanner(is, "UTF-8");
        String response = scanner.nextLine();   //对象没有响应，就一直等
        System.out.println(response);
        socket.close();
    }
}
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2.2、SERVER端

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
​
public class Server {
    private static class ServiceMan extends Thread {
        private final Socket socket;
​
        ServiceMan(Socket socket) {
            this.socket = socket;
        }
​
        @Override
        public void run() {
            try {
                //获取输入流
                InputStream is = socket.getInputStream();
                //封装成Scanner
                Scanner scanner = new Scanner(is, "UTF-8");
                //使用\r\n进行分割的方式，读取请求
​
                //等着第一个Client发送请求
                String request = scanner.nextLine();//nextLine把\r\n已经去掉了
                System.out.println("收到请求:" + request);
​
                //业务处理
                String response = request;
​
                //发送响应，也需要使用\r\n跟在后面，进行分割
                OutputStream os = socket.getOutputStream();//得到输出流
                //封装成PrintWriter
                PrintWriter writer = new PrintWriter(
                        new OutputStreamWriter(os, "UTF-8")
                );
                //发送响应
                writer.println(response);//println会帮我们在后面加\r\n
                writer.flush();
                writer.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
​
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //开店
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9898);
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(20);
        //循环处理任务
        //主线程只负责接待客人——建立连接的过程
        while (true) {
            
            /*
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //所有业务处理的过程，交给工作线程去处理
            new ServiceMan(socket).start();
            */
            
            //更好的做法，引进线程池
            //各个线程之间，没有数据共享（主线程和工作线程共享socket）
            //所以天生是线程安全的
            Socket socket = serverSocket.accept();
            threadPool.execute(new ServiceMan(socket));
        }
    }
}
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这里使用了线程池，是因为： 当有多个Client对Server发送请求时： Server会先和第一个发送请求的Client建立连接，后序建立连接的所有Client必须等待第一个Client与Server的交互完成，才能与Server进行交互。如果第一个建立连接的Client一直没有发送消息，那么即使后面建立连接的Client向Server发送消息，Server也接收不到，就会进入一个阻塞状态。 多线程的好处就是能够处理这种阻塞状态，并且各个线程之间没有数据共享，所以天生就是线程安全的。

2、基于UDP的SOCKET编程

C/S模型(客户端/服务端)流程图

2.1、SERVER端

1、创建server的socket
2、循环读取请求(request)，解析并处理请求，生成响应(response)
3、发送响应
​
提供给Server一些简单的功能。
version1：回显服务。
发送给服务端什么，就把这个消息发送回去。
version2：翻译服务。
输入英文，返回对应的意思和例句。
version3：轮盘聊天。
多个客户端，其中一个客户端发送消息到服务端，服务端随机将这个消息返回给某一个客户端。
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代码如下：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.util.*;
​
public class Server {//服务端
​
    public static void main(String[] args) throws IOException {
              //1.创建server的socket  类似于开饭店
              // 内部会进行本地ip+port的绑定
              // 例子：饭店开张，提供一个大家都认识的地段 ip + port
              // ip虽然没传，但内部会帮我们处理，把所有的ip都会绑定
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9939)) {
            //2.开门迎客，通过循环，处理业务
            while (true) {
            //3.处理一个要求并返回响应
                action(socket);
            }
        }
    }
    /**
     * 处理要求
     */
    private static void action(DatagramSocket socket) throws IOException {
        //1.读取客户端发来的请求
             //1.1准备一个字节数组，用来存放一会儿要读到的数据
        byte[] receiveBuffer = new byte[8192];
             //1.2把buffer封装成datagram
        DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBuffer, 0, 8192);
             //1.3读取请求
        socket.receive(receivePacket);
             //1.4从receive中返回，就意味着，有人给我发送请求了
             //需要将byte[]中的数据进行 字符集编码->String
        String request = new String(receiveBuffer, 0, receivePacket.getLength(), "UTF-8");
        System.out.printf("收到的请求是|%s|%n", request);//收到请求
​
        //2.进行服务---根据请求,处理业务，并生成响应
            //Version1:回显服务——echo服务
            //客户端发送什么过来，就发送回去什么
            //String response=request;
            
            //Version2：字典查询服务——请求是英文，响应是中文+例句 有道查询
            String response = translate(request);
​
            //Version3：轮盘聊天——给我发送过请求的ip+port，我会记录下来，
            // 然后再有人给我发送来新的请求时，随机选择一个ip+port发送回去
            //不保证对方还在线，所以不保证对方能收到
            //randomTalk(socket,request, receivePacket.getAddress(), receivePacket.getPort());
​
        //3.发送响应回去
            //Version1、2对应的发送响应代码块
        byte[] sendBuffer = response.getBytes("UTF-8");
        DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuffer, 0,
                sendBuffer.length,
                receivePacket.getAddress(),
                receivePacket.getPort());
        socket.send(sendPacket);
​
    }
        /*Version3对应的发送响应代码块
    private static class Remote {//Remote用来保存客户端的ip+port
        private InetAddress address;
        private int port;
​
        private Remote(InetAddress address, int port) {
            this.address = address;
            this.port = port;
        }
    }
​
    //所有曾经给我发消息的客户端的信息——远端
    private static List<Remote> remoteList = new ArrayList<>();
    private static Random random = new Random();
​
    private static void randomTalk(DatagramSocket socket,String request, InetAddress address, int port) throws IOException {
​
        System.out.printf("之前已经有%s个客户端发送了消息%n",remoteList.size());
        if(remoteList.size()>0) {
        //随机一个下标，决定吧这个消息发给他
        int rIndex = random.nextInt(remoteList.size());
        Remote remote = remoteList.get(rIndex);
            System.out.printf("决定发送给%s客户端%n",rIndex);
​
        //发送消息
        byte[] sendBuffer = request.getBytes("UTF-8");
        DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuffer, 0,
                sendBuffer.length,
                remote.address,
                remote.port
        );
        socket.send(sendPacket);
    }
        //发送完毕将自己加入remoteList中
        remoteList.add(new Remote(address,port));
    }
    */
    
    //Version2用到的内部类和一些静态代码块、方法
    private static class Result {//字典
        String chinese;//中文字段
        String sentence;//英文字段
        private Result(String chinese, String sentence) {
            this.chinese = chinese;
            this.sentence = sentence;
        }
    }
​
    private static Map<String, Result> dictionary = new TreeMap<>();//用来存放字典中的元素
    //静态代码块，用于初始化静态属性
    static {
        dictionary.put("dictionary", new Result("字典", "He threw my dictionary back."));
        dictionary.put("mask", new Result("口罩", "They contrived a mask again"));
    }
​
    private static String translate(String english) {
        //按最简单的翻译功能实现——提前保存一份字典
        Result result = dictionary.get(english);
        if (result == null) {
            return "不支持的单词.";
        }
        return String.format("%s%n%s%n", result.chinese, result.sentence);
    }
}

2.2、CLIENT端

循环{
1、读取用户输入
2、封装成请求并发送
3、读取并解析响应
4、把结果返回给用户
}
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代码如下：

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class Client {//客户端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
            while (true) {
                //读取用户输入
                System.out.print("随便输入什么然后回车>");
                String str = scanner.nextLine();
                //发送请求
                byte[] sendBuffer = str.getBytes("UTF-8");
                DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(
                        sendBuffer, 0, sendBuffer.length,
                        InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 9939
                );
                socket.send(sendPacket);//完成发送
                //接收响应的过程
                byte[] receiveBuffer = new byte[8192];
                DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBuffer, 0, receiveBuffer.length);
                socket.receive(receivePacket);
                //真正接收到响应，进行字符集解码处理
                String response = new String(receiveBuffer, 0, receivePacket.getLength(),"UTF-8");
                System.out.printf("From 服务端$|%s|%n", response);
            }
        }
    }
}

\