对套接字的深入理解

来源：互联网发布：淘宝店下架宝贝怎么做编辑：程序博客网时间：2024/05/17 09:45

参考：http://blog.csdn.net/guihaijinfen/article/details/8446128

一、套接字

多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口。

“套接字”或者“插座”（Socket）也是一种软件形式的抽象，用于表达两台机器间一个连接的“终端”。针对一个特定的连接，每台机器上都有一个“套接字”，可以想象它们之间有一条虚拟的“线缆”。线缆的每一端都插入一个“套接字”或者“插座”里。当然，机器之间的物理性硬件以及电缆连接都是完全未知的。

在Java 中，我们创建一个套接字，用它建立与其他机器的连接。从套接字得到的结果是一个InputStream 以及OutputStream（若使用恰当的转换器，则分别是Reader 和Writer），以便将连接作为一个IO 流对象对待。有两个基于数据流的套接字类：ServerSocket，服务器用它“侦听”进入的连接；以及Socket，客户用它初始一次连接。一旦客户（程序）申请建立一个套接字连接，ServerSocket 就会返回（通过accept()方法）一个对应的服务器端套接字，以便进行直接通信。从此时起，我们就得到了真正的“套接字－套接字”连接，可以用同样的方式对待连接的两端，因为它们本来就是相同的！此时可以利用getInputStream()以及getOutputStream()从每个套接字产生对应的InputStream 和OutputStream 对象。

常用的TCP/IP协议的3种套接字类型如下所示。　　
流套接字（SOCK_STREAM）：　　
流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复发送，并按顺序接收。
流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP（The Transmission Control Protocol）协议。　　
数据包套接字（SOCK_DGRAM）：
数据包套接字提供了一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。
数据包套接字使用UDP（User Datagram Protocol）协议进行数据的传输。由于数据包套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在程序中做相应的处理。　　
原始套接字（SOCK_RAW）：
原始套接字与标准套接字（标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据包套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，
而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据包套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送数据必须使用原始套接字。

二、socket编程

1、网络编程中两个主要的问题
一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机，另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。
在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。
而TCP层则提供面向应用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的数据传输机制，这是网络编程的主要对象，一般不需要关心IP层是如何处理数据的。
目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器（C/S）结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提出申请。服务器一般作为守护进程始终运行，监听网络端口，一旦有客户请求，就会启动一个服务进程来响应该客户，同时自己继续监听服务端口，使后来的客户也能及时得到服务。
2、两类传输协议：TCP；UDP
TCP是Tranfer Control Protocol的简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。
UDP是User Datagram Protocol的简称，是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
比较：
UDP：1，每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需要建立发送方和接收方的连接。
             2，UDP传输数据时是有大小限制的，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
             3，UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方
TCP： 1，面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中需要连接
                时间。
              2，TCP传输数据大小限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大的
                    数据。
              3，TCP是一个可靠的协议，它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。
应用：
1，TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。
2，UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。
3、基于Socket的java网络编程
1，什么是Socket
网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。
但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
2，Socket通讯的过程
Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求，Client端向Server 端发出Connect(连接)请求，Server端向Client端发回Accept（接受）消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client 端都可以通过Send，Write等方法与对方通信。
对于一个功能齐全的Socket，都要包含以下基本结构，其工作过程包含以下四个基本的步骤：
　　（1）创建Socket；
　　（2）打开连接到Socket的输入/出流；
　　（3）按照一定的协议对Socket进行读/写操作；
　　（4）关闭Socket.（在实际应用中，并未使用到显示的close，虽然很多文章都推荐如此，不过在我的程序中，可能因为程序本身比较简单，要求不高，所以并未造成什么影响。）

3，创建Socket
创建Socket
java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket，分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类，使用很方便。其构造方法如下：
　　Socket(InetAddress address, int port);
　　Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);
　　Socket(String host, int prot);
　　Socket(String host, int prot, boolean stream);
　　Socket(SocketImpl impl)
　　Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　ServerSocket(int port);
　　ServerSocket(int port, int backlog);
　　ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
　　其中address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端口号，stream指明socket是流socket还是数据报socket，localPort表示本地主机的端口号，localAddr和 bindAddr是本地机器的地址（ServerSocket的主机地址），impl是socket的父类，既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。

　　Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
　　ServerSocket server = new ServerSocket(80);
　　注意，在选择端口时，必须小心。每一个端口提供一种特定的服务，只有给出正确的端口，才能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留，例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时，最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。
　　在创建socket时如果发生错误，将产生IOException，在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。
4，简单的Client/Server程序

客户端程序

[java] view plaincopyprint?

package ghjf.test.jdk.socket;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TalkClient {
public static void main(String args[]) {
try {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4700);
// 向本机的4700端口发出客户请求
BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(
System.in));
// 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
// 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(
socket.getInputStream()));
// 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
String readline;
readline = sin.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串
while (!readline.equals("bye")) {
// 若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环
os.println(readline);
// 将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
os.flush();
// 刷新输出流，使Server马上收到该字符串
System.out.println("Client:" + readline);
// 在系统标准输出上打印读入的字符串
System.out.println("Server:" + is.readLine());
// 从Server读入一字符串，并打印到标准输出上
readline = sin.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串
} // 继续循环
os.close(); // 关闭Socket输出流
is.close(); // 关闭Socket输入流
socket.close(); // 关闭Socket
} catch (Exception e) {
System.out.println("Error" + e); // 出错，则打印出错信息
}
}
}

package ghjf.test.jdk.socket;import java.io.*;import java.net.*;public class TalkClient {public static void main(String args[]) {try {Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4700);// 向本机的4700端口发出客户请求BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));// 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());// 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));// 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象String readline;readline = sin.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串while (!readline.equals("bye")) {// 若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环os.println(readline);// 将从系统标准输入读入的字符串输出到Serveros.flush();// 刷新输出流，使Server马上收到该字符串System.out.println("Client:" + readline);// 在系统标准输出上打印读入的字符串System.out.println("Server:" + is.readLine());// 从Server读入一字符串，并打印到标准输出上readline = sin.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串} // 继续循环os.close(); // 关闭Socket输出流is.close(); // 关闭Socket输入流socket.close(); // 关闭Socket} catch (Exception e) {System.out.println("Error" + e); // 出错，则打印出错信息}}}

服务端程序

[java] view plaincopyprint?

package ghjf.test.jdk.socket;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class TalkServer {
public static void main(String args[]) {
try {
ServerSocket server = null;
try {
server = new ServerSocket(4700);
// 创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
} catch (Exception e) {
System.out.println("can not listen to:" + e);
// 出错，打印出错信息
}
Socket socket = null;
try {
socket = server.accept();
// 使用accept()阻塞等待客户请求，有客户
// 请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行
} catch (Exception e) {
System.out.println("Error." + e);
// 出错，打印出错信息
}
String line;
BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(
socket.getInputStream()));
// 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
// 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(
System.in));
// 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
System.out.println("Client:" + is.readLine());
// 在标准输出上打印从客户端读入的字符串
line = sin.readLine();
// 从标准输入读入一字符串
while (!line.equals("bye")) {
// 如果该字符串为 "bye"，则停止循环
os.println(line);
// 向客户端输出该字符串
os.flush();
// 刷新输出流，使Client马上收到该字符串
System.out.println("Server:" + line);
// 在系统标准输出上打印读入的字符串
System.out.println("Client:" + is.readLine());
// 从Client读入一字符串，并打印到标准输出上
line = sin.readLine();
// 从系统标准输入读入一字符串
} // 继续循环
os.close(); // 关闭Socket输出流
is.close(); // 关闭Socket输入流
socket.close(); // 关闭Socket
server.close(); // 关闭ServerSocket
} catch (Exception e) {
System.out.println("Error:" + e);
// 出错，打印出错信息
}
}
}

package ghjf.test.jdk.socket;import java.io.*;import java.net.*;public class TalkServer {public static void main(String args[]) {try {ServerSocket server = null;try {server = new ServerSocket(4700);// 创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求} catch (Exception e) {System.out.println("can not listen to:" + e);// 出错，打印出错信息}Socket socket = null;try {socket = server.accept();// 使用accept()阻塞等待客户请求，有客户// 请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行} catch (Exception e) {System.out.println("Error." + e);// 出错，打印出错信息}String line;BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));// 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());// 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));// 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象System.out.println("Client:" + is.readLine());// 在标准输出上打印从客户端读入的字符串line = sin.readLine();// 从标准输入读入一字符串while (!line.equals("bye")) {// 如果该字符串为 "bye"，则停止循环os.println(line);// 向客户端输出该字符串os.flush();// 刷新输出流，使Client马上收到该字符串System.out.println("Server:" + line);// 在系统标准输出上打印读入的字符串System.out.println("Client:" + is.readLine());// 从Client读入一字符串，并打印到标准输出上line = sin.readLine();// 从系统标准输入读入一字符串} // 继续循环os.close(); // 关闭Socket输出流is.close(); // 关闭Socket输入流socket.close(); // 关闭Socketserver.close(); // 关闭ServerSocket} catch (Exception e) {System.out.println("Error:" + e);// 出错，打印出错信息}}}

5，支持多客户的client/server程序
前面的Client/Server程序只能实现Server和一个客户的对话。在实际应用中，往往是在服务器上运行一个永久的程序，它可以接收来自其他多个客户端的请求，提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能，需要对上面的程序进行改造，利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求，一旦监听到客户请求，服务器就会启动一个专门的服务线程来响应该客户的请求，而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态，等待下一个客户的到来。

0 0