socket实现TCP UDP

作者：IT小白 | 2024-05-16 18:09:06

踩

socket实现TCP UDP

1、socket通信建立流程

1.1、创建服务端流程

使用 socket 函数来创建 socket服务。
使用 bind 函数绑定端口。
使用 listen 函数监听端口。
使用 accept 函数接收客户端请求。

1.2、创建客户端流程

使用 socket 函数来创建 socket 服务。
使用 connect 函数连接到 socket 服务端。

以下图表演示了客户端与服务端之间的通信流程：

1.3、创建服务端代码


package com.example.dyc.mysocket;
 
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
public class MySocketServer {
    // 预定义字典
    private static final Map<String, String> dictionary;
    //字典初始化
    static {
        dictionary = new HashMap<>();
        dictionary.put("apple", "苹果");
        dictionary.put("pear", "梨");
    }
    //定义服务器端口，范围在[0, 65535]
    public static final int PORT = 8888;
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println(new Date() + ":" + 1);
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);//从CLOSED到LISTEN状态
        System.out.println(new Date() + ":" + 2);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
 
        while (true) {
            System.out.println(new Date() + ":" + 3);
            Socket socket = serverSocket.accept();  // 阻塞，等待客户端发起连接，建立连接，到ESTABLISHED状态
            System.out.println(new Date() + ":" + 4);
 
            SocketAddress remoteSocketAddress = socket.getRemoteSocketAddress();//得到客户端地址+端口
            System.out.println(new Date() + ":" + remoteSocketAddress);
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();//得到输入流
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream, "UTF-8");//字符集编码
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//得到输出流
            Writer writer = new OutputStreamWriter(outputStream, "UTF-8");//字符集编码
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);
 
            // TCP 是一种流式数据，没有明显分界的
            // 隐含着我们的请求一定 XXXX\n
            String request = scanner.nextLine();//由scanner得到客户端输入
            String response = dictionary.getOrDefault(request, "没有找到");
            // 响应的协议也是 XXX\n
            printWriter.println(response);//把响应传入输出
            printWriter.flush();//发送给客户端
 
            socket.close(); // 关闭连接
        }
    }
}

1.4、创建客户端代码


package com.example.dyc.mysocket;
 
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
import java.util.Date;
import java.util.Scanner;
 
public class MySocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println(new Date() + ":" + 1);
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);//刚建立完连接,传入客户端IP地址和端口
 
        SocketAddress remoteSocketAddress = socket.getRemoteSocketAddress();//得到服务器地址+端口
        System.out.println(new Date() + ":" + remoteSocketAddress);
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();//得到输入流
        Scanner scanner = new Scanner(inputStream, "UTF-8");//字符集编码
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//得到输出流
        Writer writer = new OutputStreamWriter(outputStream, "UTF-8");//字符集编码
        PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);
 
        printWriter.println("apple");//把apple传入输出
        printWriter.flush();//输出发送给服务器
        String response = scanner.nextLine();//由scanner得到输入的服务器响应
        System.out.println(new Date() + ":" + response);
 
        socket.close();//关闭连接
    }
}

2、socket实现BIO

2.1、BIO

传统的网络通讯模型，就是BIO，同步阻塞IO，其实就是服务端创建一个ServerSocket，然后就是客户端用一个Socket去连接服务端的那个ServerSocket， ServerSocket接收到了一个的连接请求就创建一个Socket和一个线程去跟那个Socket进行通讯。接着客户端和服务端就进行阻塞式的通信，客户端发送一个请求，服务端Socket进行处理后返回响应，在响应返回前，客户端那边就阻塞等待，什么事情也做不了。这种方式的缺点，每次一个客户端接入，都需要在服务端创建一个线程来服务这个客户端，这样大量客户端来的时候，就会造成服务端的线程数量可能达到了几千甚至几万，这样就可能会造成服务端过载过高，最后崩溃死掉。

2.2、代码实现

Client


 
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
 
public class MyBIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建 Socket 客户端
        Socket socket = new Socket();
        // 与服务端建立连接
        socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8081));
 
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy年MM月dd日 HH时mm分ss秒");
        int counter = 0;
        while (counter < 5) {
            String now = simpleDateFormat.format(new Date());
            // 发送请求
            socket.getOutputStream().write(now.getBytes("UTF-8"));
            socket.getOutputStream().flush();
            Thread.sleep(1000);
            counter++;
        }
        // 若方法运行结束后，不调用 close 函数，服务端则会报错：java.net.SocketException: Connection reset
        socket.close();
        System.out.println("客户端关闭了 Socket 连接~！");
    }
}

Serve


import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
public class MyBIOServe {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建 Socket 服务端，并设置监听的端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8081);
        // 创建线程池以执行客户端请求（防止因请求过多，而导致的阻塞）
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 10, 60,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());
        while (true) {
            // 阻塞方法，监听客户端请求
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("\r\n" + socket);
            // 创建自定义请求处理器
            SocketHandler handler = new SocketHandler(socket);
            // 处理客户端请求
            poolExecutor.execute(handler);
        }
    }
}

SocketHandler


public class SocketHandler implements Runnable {
    private Socket socket;
    private static final byte[] BUFFER = new byte[1024];
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                // 读取客户端 Socket 请求数据
                int read = socket.getInputStream().read(BUFFER);
                if (read != -1) {
                    System.out.println(new String(BUFFER, "UTF-8"));
                }else{
                    socket.close();
                    System.out.println("服务端关闭了 Socket 连接~！");
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    public SocketHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
}

3、NIO

3.1、NIO

NIO: NIO是一种同步非阻塞IO, 基于Reactor模型来实现的。其实相当于就是一个线程处理大量的客户端的请求，通过一个线程轮询大量的channel，每次就获取一批有事件的channel，然后对每个请求启动一个线程处理即可。这里的核心就是非阻塞，就那个selector一个线程就可以不停轮询channel，所有客户端请求都不会阻塞，直接就会进来，大不了就是等待一下排着队而已。这里面优化BIO的核心就是，一个客户端并不是时时刻刻都有数据进行交互，没有必要死耗着一个线程不放，所以客户端选择了让线程歇一歇，只有客户端有相应的操作的时候才发起通知，创建一个线程来处理请求。

3.2、代码实现

MyNIOClient2


 
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Scanner;
 
public class MyNIOClient2 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建远程地址
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888);
        SocketChannel channel = null;
        //定义缓存
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        try {
            //开启通道
            channel = SocketChannel.open();
            //连接远程远程服务器
            channel.connect(address);
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            while (true) {
                System.out.println("客户端即将给 服务器发送数据..");
                String line = "clinet2:" + sc.nextLine();
                if (line.equals("exit")) {
                    break;
                }
                //控制台输入数据写到缓存
                buffer.put(line.getBytes("UTF-8"));
                //重置buffer 游标
                buffer.flip();
                //数据发送到数据
                channel.write(buffer);
                //清空缓存数据
                buffer.clear();
                //读取服务器返回的数据
                int readLen = channel.read(buffer);
                if (readLen == -1) {
                    break;
                }
                //重置buffer游标
                buffer.flip();
                byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                //读取数据到字节数组
                buffer.get(bytes);
                System.out.println("收到了服务器发送的数据 : " + new String(bytes, "UTF-8"));
                buffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (null != channel) {
                try {
                    channel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

MyNIOService


 
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
public class MyNIOService extends Thread {
    //1.声明多路复用器
    private Selector selector;
    //2.定义读写缓冲区
    private ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    private ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
 
    //3.定义构造方法初始化端口
    public MyNIOService(int port) {
        init(port);
    }
 
    //4.main方法启动线程
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyNIOService(8888)).start();
    }
 
    //5.初始化
    private void init(int port) {
        try {
            System.out.println("服务器正在启动......");
            //1)开启多路复用器
            this.selector = Selector.open();
            //2) 开启服务通道
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            //3)设置为非阻塞
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            //4)绑定端口
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));
            //5)注册,标记服务通标状态
            serverSocketChannel.register(this.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            System.out.println("服务器启动完毕");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                //1.当有至少一个通道被选中,执行此方法
                this.selector.select();
                //2.获取选中的通道编号集合
                Iterator<SelectionKey> keys = this.selector.selectedKeys().iterator();
                //3.遍历keys
                while (keys.hasNext()) {
                    SelectionKey key = keys.next();
                    //4.当前key需要从集合中移出,如果不移出,下次循环会执行对应的逻辑,造成业务错乱
                    keys.remove();
                    //5.判断通道是否有效
                    if (key.isValid()) {
                        try {
                            //6.判断是否可读
                            if (key.isAcceptable()) {
                                accept(key);
                            }
                        } catch (CancelledKeyException e) {
                            //出现异常断开连接
                            key.cancel();
                        }
                        try {
                            //7.判断是否可读
                            if (key.isReadable()) {
                                read(key);
                            }
                        } catch (CancelledKeyException e) {
                            //出现异常断开连接
                            key.cancel();
                        }
                        try {
                            //8.判断是否可写
                            if (key.isWritable()) {
                                write(key);
                            }
                        } catch (CancelledKeyException e) {
                            //出现异常断开连接
                            key.cancel();
                        }
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 
    private void accept(SelectionKey key) {
        try {
            //1.当前通道在init方法中注册到了selector中的ServerSocketChannel
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
            //2.阻塞方法, 客户端发起后请求返回.
            SocketChannel channel = serverSocketChannel.accept();
            //3.serverSocketChannel设置为非阻塞
            channel.configureBlocking(false);
            //4.设置对应客户端的通道标记,设置次通道为可读时使用
            channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    //使用通道读取数据
    private void read(SelectionKey key) {
        try {
            //清空缓存
            this.readBuffer.clear();
            //获取当前通道对象
            SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
            //将通道的数据(客户发送的data)读到缓存中.
            int readLen = channel.read(readBuffer);
            //如果通道中没有数据
            if (readLen == -1) {
                //关闭通道
                key.channel().close();
                //关闭连接
                key.cancel();
                return;
            }
            //Buffer中有游标,游标不会重置,需要我们调用flip重置. 否则读取不一致
            this.readBuffer.flip();
            //创建有效字节长度数组
            byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];
            //读取buffer中数据保存在字节数组
            readBuffer.get(bytes);
            System.out.println("收到了从客户端 " + channel.getRemoteAddress() +
                    " : " + new String(bytes, "UTF-8"));
            //注册通道,标记为写操作
            channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_WRITE);
        } catch (Exception e) {
        }
    }
 
    //给通道中写操作
    private void write(SelectionKey key) {
        //清空缓存
        this.readBuffer.clear();
        //获取当前通道对象
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        //录入数据
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try {
            System.out.println("即将发送数据到客户端..");
            String line = scanner.nextLine();
            //把录入的数据写到Buffer中
            writeBuffer.put(line.getBytes("UTF-8"));
            //重置缓存游标
            writeBuffer.flip();
            channel.write(writeBuffer);
            //清空writeBuffer
            writeBuffer.clear();
            channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4、Netty

ps：后面再补充

5、UDP

中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服。UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。
QQ语音，QQ视频，TFTP

代码实现：

UDPServer


import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
 
/*
 * 服务器端，实现基于UDP的用户登陆
 */
public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /*
         * 接收客户端发送的数据
         */
        // 1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
        // 2.创建数据报，用于接收客户端发送的数据
        byte[] data = new byte[1024];// 创建字节数组，指定接收的数据包的大小
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        // 3.接收客户端发送的数据
        System.out.println("****服务器端已经启动，等待客户端发送数据");
        socket.receive(packet);// 此方法在接收到数据报之前会一直阻塞
        // 4.读取数据
        String info = new String(data, 0, packet.getLength());
        System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);
 
        /*
         * 向客户端响应数据
         */
        // 1.定义客户端的地址、端口号、数据
        InetAddress address = packet.getAddress();
        int port = packet.getPort();
        byte[] data2 = "欢迎您!".getBytes();
        // 2.创建数据报，包含响应的数据信息
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
        // 3.响应客户端
        socket.send(packet2);
        // 4.关闭资源
        socket.close();
    }
}

UDPClient


import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;
 
/*
 * 客户端
 */
public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /*
         * 向服务器端发送数据
         */
        // 1.定义服务器的地址、端口号、数据
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 8800;
        byte[] data = "用户名：admin;密码：123".getBytes();
        // 2.创建数据报，包含发送的数据信息
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
        // 3.创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        // 4.向服务器端发送数据报
        socket.send(packet);
 
        /*
         * 接收服务器端响应的数据
         */
        // 1.创建数据报，用于接收服务器端响应的数据
        byte[] data2 = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
        // 2.接收服务器响应的数据
        socket.receive(packet2);
        // 3.读取数据
        String reply = new String(data2, 0, packet2.getLength());
        System.out.println("我是客户端，服务器说：" + reply);
        // 4.关闭资源
        socket.close();
    }
}

参考文献：

Socket 之 BIO、NIO、Netty 简单实现 - 知乎 (zhihu.com)

什么是NIO？NIO和BIO，AIO之间的区别是什么？ - 知乎 (zhihu.com)

java.nio.Buffer 中的 flip()方法_wrap.flip()-CSDN博客

JAVA Socket 实现 UDP 编程-CSDN博客

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/IT小白/article/detail/579955