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网络编程及原理（三）

news 来源：原创 2025/6/7 18:33:10

目录

一 . Socket 套接字 

（1）流套接字 

（2）数据报套接字 

（3）原始套接字 

二 . 基于 UDP 协议实现回显服务器 / 客户端 

三 . 基于 TCP 协议实现回显服务器 / 客户端 

一 . 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如下三类：

（1）流套接字 

流套接字：使用传输层 TCP 协议，TCP 即 Trasmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议。

TCP 的特点：有连接，可靠传输，面向字节流，有接收缓冲区，有发送缓冲区，大小不限，全双工。

对于字节流来说，也就是传输数据是基于 IO 流的，流式数据的特征就是在 IO 流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。

这样表述可能很抽象，举个例子：字节流就像水流一样：

如果我们想要接 100 ml 的水，我们可以一次性接 100 ml ，也可以分 2 次，每次接 50 ml ，也可以分 10 次，每次接 10 ml 。

同样，我们想要从文件中读写 100 个字节，我们可以一次性读写 100 个字节，也可以分 2 次，每次读写 50 个字节，也可以分 10 次，读写 10 个字节。

这就是 “ 字节流 ” 。

（2）数据报套接字 

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 的特点：无连接，不可靠传输，面向数据报，有接收缓冲区，无发送缓冲区，大小受限，一次最多传输 64 k， 全双工。

对于数据报来说，传输数据是一块一块的，发送一块数据假如为 100 个字节，必须一次性发送，接收也必须一次性接收 100 个字节，而不能像字节流那样分成多次。

（3）原始套接字 

原始套接字用于自定义传输层协议，用于读写内核没有处理的 IP 协议数据。

原始套接字这一块我们不用做过多了解。

二 . 基于 UDP 协议实现回显服务器 / 客户端 

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;public class UdpEchoServer {private DatagramSocket socket = null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {//指定端口号//服务器必须是指定了端口号，在客户端主动发起的时候，才能找到服务器//对于同一个系统来说，同一时刻，一个端口号只能被一个进程绑定//但是一个进程可以绑定多个端口号（通过创建多个 socket 对象完成）socket = new DatagramSocket(port);}//通过 start 启动服务器的核心流程public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动！！！");while(true){//此处通过 “死循环” 不停地处理客户端请求// 1. 读取客户端请求并解析// receive： 从网卡上读取数据//如果网卡上收到了数据，receive 立即返回，获取收到的数据//如果网卡上没有收到数据，此时 receive 就会阻塞等待，一直等待到收到数据为止DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);//上述收到的数据，是二进制 byte[] 的形式体现的，后续代码如果要进行打印之类的处理操作//需要转成字符串才好处理//取出字节数：String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());// 2 . 根据请求计算响应(由于此处是回显服务器，响应就是请求)String response = process(request);// 3 . 把响应写回到客户端DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);// 4 . 打印日志System.out.printf("[%s:%d] req = %s,resp = %s\n",requestPacket.getAddress(),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();}
}
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class UdpEchoClient {private DatagramSocket socket = null;private String serverIP;private int serverPort;public UdpEchoClient(String serverTP,int serverPort) throws SocketException {//不能指定端口号//客户端是主动的一方，不需要让服务器来找它，所以不用指定端口号//不指定端口号不代表没有端口号，而是客户端这边的端口号是系统自动分配了的//还有一方面，由于客户端是在用户的电脑上运行的，天知道用户的电脑上都有哪些程序，已经占用了哪些端口号socket = new DatagramSocket();this.serverIP = serverTP;this.serverPort = serverPort;}public void start() throws IOException {System.out.println("客户端启动！！！");Scanner scan = new Scanner(System.in);while(true){// 1 . 从控制台读取到用户的输入System.out.println(" -> ");String request = scan.next();// 2 . 构造出一个 UDP 请求，发送给服务器DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort);socket.send(requestPacket);// 3 . 从服务器读取响应DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responsePacket);String response = new String (responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());// 4 . 将响应打印到控制台上System.out.println("response");}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);client.start();}
}

三 . 基于 TCP 协议实现回显服务器 / 客户端 

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket = null;//指定端口号public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器！！！");ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();while(true){// accept 相当于针对内核中已经建立好的连接进行 “确认” 的动作Socket clientSocket = serverSocket.accept();//使用多线程解决同一个服务器服务于多个客户端//创建线程，每个线程服务于一个客户端Thread t = new Thread(() ->{try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}});t.start();//使用线程池service.submit(() -> {try {processConnection(clientSocket);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}});}}//针对一个连接，提供处理逻辑private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {//先打印一下客户端的信息System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！！！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());//获取到 socket 中持有的流对象try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){//使用 Scanner 包装一下 inputStream ，就可以更方便的读取这里的请求数据了Scanner scan = new Scanner(inputStream);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);while(true){// 1 . 读取请求并解析if(!scan.hasNext()){//如果 scan 中无法读取数据，则说明客户端关闭了连接//导致服务器这边读取到 “末尾”break ;}String request = scan.next();// 2 . 根据请求计算响应String response = process(request);// 3 . 将响应写回客户端//此处可以按照字节数组直接来写，也可以有另一种写法
//                outputStream.write(response.getBytes());printWriter.println(response);printWriter.flush();//此处用 prrintln 的原因是：//读取数据的时候，隐藏了条件，请求应该是以 ”空白符“ 结尾的//包括但不限于：空格、回车、制表符、垂直制表符、翻页付//所以此处就约定，使用 “\n” 来作为请求和响应的结尾// 4 . 打印日志System.out.printf("[%s:%d] rep = %s ; resp = %s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,response);}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}finally {System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！！！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());clientSocket.close();}}//请求什么，则返回什么响应private String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);server.start();}}
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TcpEchoClient {private Socket socket = null;public TcpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws IOException {socket = new Socket(serverIP,serverPort);}public void start(){System.out.println("客户端启动！！！");try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){Scanner scanner = new Scanner(inputStream);Scanner scannerIn = new Scanner(System.in);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.flush();//Ctrl + Alt + Twhile(true){// 1 . 从控制台读取数据System.out.println(" -> ");String request = scannerIn.next();// 2 . 把请求发送给服务器printWriter.println(request);//刷新缓冲区printWriter.flush();// 3 . 从服务器读取响应if(!scanner.hasNext()){break;}String response = scanner.next();// 4 . 打印响应结果System.out.println(response);}}catch(Exception e){throw new RuntimeException(e);}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);client.start();}

OKK，今天就说到这里吧，本期主要介绍了通过 TCP 和 UDP 实现回显服务器和客户端。代码部分比较生硬，因为都是一些陌生的 API ，这一部分只有理解加上熟能生巧了。咱们下期再见吧，与诸君共勉！！！

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