一、网络编程简介
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）。
网络编程涉及基本概念：
一次网络数据传输时： 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。 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。 收发端：发送端和接收端两端，也简称为收发端。
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： 第一次：请求数据的发送。 第二次：响应数据的发送。
客户端和服务端 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。 客户端：获取服务的一方进程，称为客户端。
二、Socket 套接字
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。
Socket 套接字主要针对传输层协议划分为如下三类：
- 流套接字：使用传输层 TCP 协议。
- 数据报套接字：使用传输层 UDP 协议。
- 原始套接字：用于自定义传输层协议。
三、TCP/UDP 简介
socket api：传输层提供给应用层的 API。 传输层的两个核心协议是：TCP 与 UDP 协议。
- TCP 协议：有连接，可靠传输，面向字节流，全双工的协议。
- UDP 协议：无连接，不可靠传输，面向数据报，全双工的协议。
3.1 有连接 vs 无连接
有/无连接：是一个抽象的概念，虚拟的逻辑上的连接。就像前面的链表的学习一样，物理上不连续，但通过节点之间的关联使其逻辑上连续。
TCP 协议中：保存了对端的信息，让两个通信之间的设备有连接。就如 AB 通信，A 保存 B 信息，B 保存 A 信息。
UDP 协议中：UDP 本身不保存对端信息，但可以自己使用代码保存。
3.2 可靠传输 vs 不可靠传输
丢包：网络上数据发生丢失的情况就是丢包。
传输中丢包情况造成原因：
- 当光/电/电磁信号，受到外界的干扰。
- 网络世界是通过交换机，路由器组建起来的。而交换机，路由器就像十字路口一样，当某个时间点，实际转发的数据超过设备能转发的上限的时候，就会'堵车'，造成丢包。
可靠传输：不是保证数据报 100% 到达，不造成一点丢失。而是尽可能提高传输成功的概率，如果丢包还会进行记录。
不可靠传输：在发出数据后就不管了。
3.3 面向字节流 vs 面向数据报
面向数据流：读写数据（读–>接收数据，写–> 发送数据）的时候，以字节为单位。支持读写任意长度，有粘包问题。 面向数据报：读写数据（读–>接收数据，写–> 发送数据）的时候，以一个数据报为单位。有长度限制。
3.4 通信模式
全双工：读写数据（读–>接收数据，写–> 发送数据），支持双向通信，能读能写。 半双工：只支持单向通信，要么读要么写。
四、UDP 数据报套接字编程
计算机中的文件通常是一个广义的概念，文件除了指代一些我们常说的文件外，还能指代一些硬件设备。操作系统管理硬件设备也是抽象成文件。
4.1 API 介绍
4.1.1 DatagramSocket 类
DatagramSocket 是 UDP Socket，用于发送和接收 UDP 数据报。
4.1.1.1 构造方法
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| public DatagramSocket() throws SocketException | 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） |
| public DatagramSocket(int port) throws SocketException | 创建一个 UDP 数据报套接字的 Socket，绑定到本机指定的端口（一般用于服务端） |
| public DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) throws SocketException | 创建一个 UDP 数据报套接字的 Socket，绑定到指定的 IP 即 laddr 和端口 port |
| public DatagramSocket(SocketAddress bindaddr) throws SocketException | 创建一个 UDP 数据报套接字的 Socket，绑定到 bindaddr 指定的 IP 和端口 |
4.1.1.2 主要方法
| 方法签名 | 作用 |
|---|---|
| public void send(DatagramPacket p) throws IOException | 从此套接字发送数据报包（不会阻塞等待，直接发送） |
| public synchronized void receive(DatagramPacket p) throws IOException | 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） |
| public void close() | 关闭此数据报套接字 |
4.1.2 DatagramPacket 类
DatagramPacket 是 UDP Socket 发送和接收的数据报。
4.1.2.1 构造方法
| 方法签名 | 作用 |
|---|---|
| public DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 构造一个 DatagramPacket 用来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第一个参数 buf）中，接收指定长度（第二个参数 length） |
| public DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length) | 构造一个 DatagramPacket 用来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第一个参数 buf）中，接收指定长度（第二个参数 length）从 buf 的下标 offset 位置开始接收 |
| public DatagramPacket(byte[] buf[], int offset, int length, SocketAddress address) | 构造一个 DatagramPacket 用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第一个参数 buf）中，从 offset 到指定长度（第二个参数 length）。address 指定目的主机的 IP 和端口号 |
| public DatagramPacket(byte[] buf[], int offset, int length, InetAddress address, int port) | 构造一个 DatagramPacket 用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第一个参数 buf）中，从 0 到指定长度（第二个参数 length）。address 指定目的主机的 IP，port 指定目的主机的端口号 |
| public DatagramPacket(byte[] buf[], int length, SocketAddress address) | 构造一个 DatagramPacket 用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第一个参数 buf）中，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 |
| public DatagramPacket(byte[] buf[], int length, InetAddress address, int port) | 构造一个 DatagramPacket 用来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第一个参数 buf）中，接收指定长度（第二个参数 length）address 指定目的主机的 IP，port 指定目的主机的端口号 |
4.1.2.2 主要方法
| 方法签名 | 作用 |
|---|---|
| public synchronized byte[] getData() | 获取数据报中的数据 |
| public synchronized 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 |
| public synchronized InetAddress getAddress() | 从接收的数据报中，获取发送端主机 IP 地址；或从发送的数据报中，获取接收端主机 IP 地址 |
4.1.3 使用上述类创建回显服务器 - 客户端
回显：请求是啥，响应就是啥。
4.1.3.1 回显服务器 UdpEchoServer
- 先创建一个成员变量：Socket 对象，用于接收发送数据报。
private DatagramSocket socket = null; - 构造方法，指定一个固定端口号给服务器使用，将 Socket 使用这个端口号实例化。
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
- 接下来在 start 方法中编写服务器实现逻辑。由于服务器是要 7*24 小时工作的，所以在一个死循环中实现。
- 读取请求并解析；
4.1 构造一个 DatagramPacket 对象，初始化为 0（不是 null），用于保存 UDP 的载荷部分。
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[2024], 2024);4.2 读取请求socket.receive(requestPacket);4.3 把读取到有效数据的解析为字符串。 通过 getData 方法获取 DatagramPacket 中的字节数组，getLength 方法获取 DatagramPacket 有效数据长度，根据字节数组构造字符串。String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength()); - 根据请求计算响应，由于是回显服务器，直接请求就是响应。
String response = process(request);
private String process(String request) {
return request;
}
- 把响应返回给客户端，通过 getBytes 方法拿到字符串中的字节数据，getBytes().length 拿到字节长度，getSocketAddress 方法拿到客户端的端口和 IP。
socket.send(new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length, requestPacket.getSocketAddress()));
- 打印一个日志记录此次交互过程。
System.out.printf("[%s : %d], request:%s , response:%s\n", requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(), request, response);
- 总代码
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
public class UdpEchoServer {
// 先创建一个成员变量：Socket 对象，用于接收发送数据报
private DatagramSocket socket = null;
// 构造方法，指定一个固定端口号给服务器使用，将 Socket 使用这个端口号实例化
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
while (true) {
// 构造一个 DatagramPacket 对象，初始化为 0（不是 null），用于保存 UDP 的载荷部分。
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[2024], 2024);
// 接收请求
socket.receive(requestPacket);
// 把读取到有效数据的解析为字符串
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
// 计算响应
String response = process(request);
// 把响应返回给客户端
socket.send(new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length, requestPacket.getSocketAddress()));
// 打印一个日志
System.out.printf("[%s : %d], request:%s , response:%s\n", requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(), request, response);
}
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(6666);
server.start();
}
}
4.1.3.2 回显客户端 UdpEchoClient
- 先创建一个成员变量：Socket 对象，用于接收发送数据报
private DatagramSocket socket = null; - UDP 本身不保存对端的信息，就自己的代码中保存一下。
private String serverIp;
private int port;
- 构造方法是要指定访问的服务器的地址。
public UdpEchoClient(String serverIp, int port) throws SocketException {
this.serverIp = serverIp;
this.port = port;
socket = new DatagramSocket();
}
- 从控制台读取用户输入的内容。
System.out.println("请输入要传输的内容");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
if (!scanner.hasNext()) {
break;
}
String request = scanner.next();
- 发送数据报，把请求发送给服务器，需要构造 DatagramPacket 对象。构造过程中，不光要构造载荷，还要设置服务器的 IP 和端口号。
socket.send(new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp), port));
- 接收服务器的响应
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[2024], 2024);
socket.receive(responsePacket);
- 从服务器读取的数据进行解析，打印出来。
String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getData().length);
System.out.println(response);
- 总代码
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
// 先创建一个成员变量：Socket 对象，用于接收发送数据报
private DatagramSocket socket = null;
// UDP 本身不保存对端的信息，自己的代码中保存一下
private String serverIp;
private int port;
public UdpEchoClient(String serverIp, int port) throws SocketException {
this.serverIp = serverIp;
this.port = port;
socket = new DatagramSocket();
}
public void start() throws IOException {
while (true) {
// 1. 从控制台读取用户输入的内容。
System.out.println("请输入要传输的内容");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
if (!scanner.hasNext()) {
break;
}
String request = scanner.next();
// 发送数据报。把请求发送给服务器，需要构造 DatagramPacket 对象。构造过程中，不光要构造载荷，还要设置服务器的 IP 和端口号。
socket.send(new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp), port));
// 接收服务器的响应
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[2024], 2024);
socket.receive(responsePacket);
// 从服务器读取的数据进行解析，打印出来。
String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getData().length);
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 6666);
client.start();
}
}
