JAVAEE之网络编程(1)_套接字、UDP数据报套接字编程及从代码实例

时间：2024-06-09 07:14:40

前言

什么是网络编程呢？
 网络编程，指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信（或称为网络数据传输）。当然，即便是同一个主机，只要是不同进程，基于网络来传输数据，也属于网络编程

一、网路编程中的基本概念

1.1 发送端和接收端

  1. 发送端：数据的发送方进程，称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机。
  2. 接收端：数据的接收方进程，称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机。
  3. 收发端：发送端和接收端两端，也简称为收发端。

注意：发送端和接收端只是相对的，只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念。

请求和响应

一般来说，获取一个网络资源，涉及到两次网络数据传输：

  1. 第一次：请求数据的发送
  2. 第二次：响应数据的发送。

客户端和服务端

客户端和服务端：

  1. 服务端：在常见的网络数据传输场景下，把提供服务的一方进程，称为服务端，可以提供对外服务。
  2. 客户端：获取服务的一方进程，称为客户端。

二、Socket 套接字

2.1 基本概念

 Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。

2.2数据报套接字：使用传输层UDP协议

 UDP，即User Datagram Protocol（用户数据报协议），传输层协议。
UDP的主要特点：（详细内容会在后续的章节中详细介绍)

  1. 无连接
  2. 不可靠传输
  3. 面向数据报
  4. 有接收缓冲区，无发送缓冲区
  5. 大小受限：一次最多传输 64KB

 对于数据报来说，可以简单的理解为，传输数据是一块一块的，发送一块数据假如100个字节，必须一次发送，接收也必须一次接收100个字节，而不能分100次，每次接收1个字节。

三、UDP数据报套接字编程

3.1 Java数据报套接字通信模型

 对于UDP协议来说，具有无连接，面向数据报的特征，即每次都是没有建立连接，并且一次发送全部数据报，一次接收全部的数据报。
 java中使用UDP协议通信，主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字，并使用DatagramPacket 作为发送或接收的UDP数据报。

对于一次发送及接收UDP数据报的流程如下：
在这里插入图片描述

3.2 DatagramSocket API

 DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket 构造方法：
在这里插入图片描述
DatagramSocket 方法：
在这里插入图片描述

3.3 DatagramPacket API

 DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
DatagramPacket 构造方法：
在这里插入图片描述
 构造UDP发送的数据报时，需要传入 SocketAddress ，该对象可以使用 InetSocketAddress 来创建。
InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类 ）构造方法：
在这里插入图片描述

DatagramPacket 方法：
在这里插入图片描述

以下为服务端和客户端代码：

UDP服务端：

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.nio.channels.DatagramChannel;

/**
 * @author Zhang
 * @date 2024/5/2015:38
 * @Description:
 */
public class UdpEchoServer {

    //创建一个datagramSocket对象，这是后续操作网卡的基础
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        //此写法是手动指定端口
        socket = new DatagramSocket(port);

        // 此写法是让服务器自动分配端口
       // socket = new DatagramSocket();

    }

    //通过这个方法来启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");

        while(true){
            // 1. 读取请求并解析
            /**
             *  DatagramPacket这个队形来承载从网卡这边读取的数据，
             *  收到的数据需要一个内存空间来保存这个数据
             *  DatagramPacket 内部不能自动分配空间，需要程序员手动创建，交给DatagramPacket进行处理
             */
            DatagramPacket requestPacket  = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestPacket);   //当服务器一旦启动，就会立即执行receive方法，入伏哦客户端请求还没到，receive就会阻塞到客户端请求到达
            // 当完成receive后，数据以二进制的形式存储到DatagramPacket
            // 要想把这里的数据显示出来，好需要把这个二进制转变成字符串
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

            // 2.根据请求计算响应（一般服务器都会经理的过程）
            // 由于此处是回显服务器，请求是啥样，响应就是啥样
            String response = process(request);

            // 3. 把响应写会到客户端
            //      写一个响应对象，DatagramPacket
            //      往DatagramPacket 构造刚才数据，并通过 sent 返回

            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
            // 构造这个数据报，需要指定数据内容，也指定下一个数据报要发给谁
            socket.send(responsePacket);

            // 4.打印一个日志，把这次数据交互的详情打印出来
            System.out.printf("[%s:%d] req = %s, resp = %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),
                    requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }


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

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

UDP客户端

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author ZhangXu
 * @date 2024/5/2015:38
 * @Description:
 */
public class UdpEchoClient {

    private DatagramSocket socket = null;
    private  String serverIP = "";
    private  int serverPort = 0;

    public  UdpEchoClient(String ip,int port) throws SocketException {
        // 创建这个对象，不能手动指定端口
      socket = new DatagramSocket();
      //由于UDP自身不会持有对端的信息，就需要在应用程序里，吧对端的情况给记录下来
        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){
            // 1.从控制台读取数据，作为请求
            System.out.print("->");
            String request = scanner.next();
            // 2. 把请求内容构造成 DatagramPacket 对象，发送给服务器
            DatagramPacket  requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIP), serverPort);
            socket.send(requestPacket);

            // 3.尝试服务器返回的响应了
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            // 4.把响应转换成字符串，并先显示出来
            String response =  new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }


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

}

 启动客户端和服务端，在客户端发送内容，在服务端将会接收到相同的信息，运行结果：

UdpEchoClient:   
	客户端启动！
	->xiaoming
	xiaoming
->

UdpEchoClient:   
	服务器启动
	[/127.0.0.1:51575] req = xiaoming, resp = xiaoming

我们在下一节内容将会介绍TCP流套接字编程相关内容。

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