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网络编程入门

news 2025/10/31 8:37:04

什么是⽹络编程

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，我们只要满⾜进程不同就⾏；所以即便是同⼀个主机，只要是不同进程，基于⽹络来传输数

据，也属于⽹络编程。

但是，我们⼀定要明确，我们的⽬的是提供⽹络上不同主机，基于⽹络来传输数据资源：

• 进程A：编程来获取⽹络资源

• 进程B：编程来提供⽹络资源

⽹络编程中的基本概念

发送端和接收端

在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。

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：

• 第⼀次：请求数据的发送

• 第⼆次：响应数据的发送。

客⼾端和服务端

服务端：在常⻅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。

客⼾端：获取服务的⼀⽅进程，称为客⼾端。

常⻅的客⼾端服务端模型

最常⻅的场景，客⼾端是指给⽤⼾使⽤的程序，服务端是提供⽤⼾服务的程序：

1. 客⼾端先发送请求到服务端

2. 服务端根据请求数据，执⾏相应的业务处理

3. 服务端返回响应：发送业务处理结果

4. 客⼾端根据响应数据，展⽰处理结果（展⽰获取的资源，或提⽰保存资源的处理结果

Socket套接字

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。

分类

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

TCP，即Transmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议。

以下为TCP的特点（细节后续再学习）：

• 有连接

• 可靠传输

• ⾯向字节流

• 有接收缓冲区，也有发送缓冲区

• ⼤⼩不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于IO流，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。

数据报套接字：使⽤传输层UDP协议

UDP，即User Datagram Protocol（⽤⼾数据报协议），传输层协议。

以下为UDP的特点（细节后续再学习）：

• 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64k

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。

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。

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。

Java流套接字通信模型

Socket编程注意事项

1. 客⼾端和服务端：开发时，经常是基于⼀个主机开启两个进程作为客⼾端和服务端，但真实的场

景，⼀般都是不同主机。

2. 注意⽬的IP和⽬的端⼝号，标识了⼀次数据传输时要发送数据的终点主机和进程

3. Socket编程我们是使⽤流套接字和数据报套接字，基于传输层的TCP或UDP协议，但应⽤层协议，也需要考虑，这块我们在后续来说明如何设计应⽤层协议。

4. 关于端⼝被占⽤的问题

5. 如果⼀个进程A已经绑定了⼀个端⼝，再启动⼀个进程B绑定该端⼝，就会报错，这种情况也叫端⼝被占⽤。

在cmd输⼊ netstat -ano | findstr 端⼝号，则可以显⽰对应进程的pid。

在任务管理器中，通过pid查找进程

解决端⼝被占⽤的问题：

◦ 如果占⽤端⼝的进程A不需要运⾏，就可以关闭A后，再启动需要绑定该端⼝的进程B

◦ 如果需要运⾏A进程，则可以修改进程B的绑定端⼝，换为其他没有使⽤的端⼝。

UDP数据报套接字编程

API 介绍

DatagramSocket

DatagramSocket 是UDP Socket，⽤于发送和接收UDP数据报。

DatagramSocket 构造⽅法：

DatagramSocket ⽅法：

DatagramPacket

DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。

DatagramPacket 构造⽅法：

DatagramPacket ⽅法：

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

InetSocketAddress （ SocketAddress 的⼦类）构造⽅法：

UDP Echo Server

public class UdpEchoServer {private DatagramSocket socket = null;// 参数是服务器要绑定的端⼝public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}// 使⽤这个⽅法启动服务器public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");while (true) {// 反复的, ⻓期的执⾏针对客⼾端请求处理的逻辑.// ⼀个服务器, 运⾏过程中, 要做的事情, 主要是三个核⼼环节.// 1. 读取请求, 并解析DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 40socket.receive(requestPacket);// 这样的转字符串的前提是, 后续客⼾端发的数据就是⼀个⽂本的字符串.String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacke// 2. 根据请求, 计算出响应String response = process(request);// 3. 把响应写回给客⼾端// 此时需要告知⽹卡, 要发的内容是啥, 要发给谁.DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytesrequestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);// 记录⽇志, ⽅便观察程序执⾏效果.System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", requestPacket.getAdrequest, response);}}// 根据请求计算响应. 由于是回显程序, 响应内容和请求完全⼀样.public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);server.start();}
}

UDP Echo Client

public class UdpEchoClient {private DatagramSocket socket = null;private String serverIp;private int serverPort;// 服务器的 ip 和 服务器的端⼝.public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {serverIp = ip;serverPort = port;// 这个 new 操作, 就不再指定端⼝了. 让系统⾃动分配⼀个空闲端⼝.socket = new DatagramSocket();}// 让这个客⼾端反复的从控制台读取⽤⼾输⼊的内容. 把这个内容构造成 UDP 请求, 发给服务器// 最终再显⽰在客⼾端的屏幕上.public void start() throws IOException {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("客⼾端启动!");while (true) {// 1. 从控制台读取⽤⼾输⼊的内容System.out.print("-> "); // 命令提⽰符, 提⽰⽤⼾要输⼊字符串.String request = scanner.next();// 2. 构造请求对象, 并发给服务器.DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes()InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);socket.send(requestPacket);// 3. 读取服务器的响应, 并解析出响应内容.DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4socket.receive(responsePacket);String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePa// 4. 显⽰到屏幕上.System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);// UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("42.192.83.143", 9090);client.start();}
}

UDP Dict Server

编写⼀个英译汉的服务器. 只需要重写process

public class UdpDictServer extends UdpEchoServer {private Map<String, String> dict = new HashMap<>();public UdpDictServer(int port) throws SocketException {super(port);dict.put("cat", "⼩猫");dict.put("dog", "⼩狗");dict.put("fuck", "卧槽");// 可以在这⾥继续添加千千万万个单词. 使每个单词都有⼀个对应的翻译.}// 是要复⽤之前的代码, 但是⼜要做出调整.@Overridepublic String process(String request) {// 把请求对应单词的翻译, 给返回回去.return dict.getOrDefault(request, "该词没有查询到!");}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpDictServer server = new UdpDictServer(9090);// start 不需要重新再写⼀遍了. 直接就复⽤了之前的 start !server.start();}
}

TCP流套接字编程

和刚才UDP类似. 实现⼀个简单的英译汉的功能

API 介绍

ServerSocket

ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。

ServerSocket 构造⽅法：

ServerSocket ⽅法：

Socket

Socket 是客⼾端Socket，或服务端中接收到客⼾端建⽴连接（accept⽅法）的请求后，返回的服

务端Socket。

不管是客⼾端还是服务端Socket，都是双⽅建⽴连接以后，保存的对端信息，及⽤来与对⽅收发数据的。

Socket 构造⽅法：

Socket ⽅法：

TCP Echo Server

public class TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket = null;// 这个操作就会绑定端⼝号public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}// 启动服务器public void start() throws IOException System.out.println("服务器启动!");while (true) {Socket clientSocket = serverSocket.accept();processConnection(clientSocket);}}// 通过这个⽅法来处理⼀个连接的逻辑.private void processConnection(Socket clientSocket) {System.out.printf("[%s:%d] 客⼾端上线!\n", clientSocket.getInetAddress().t// 接下来就可以读取请求, 根据请求计算响应, 返回响应三步⾛了.// Socket 对象内部包含了两个字节流对象, 可以把这俩字节流对象获取到, 完成后续的读写try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {// ⼀次连接中, 可能会涉及到多次请求/响应while (true) {// 1. 读取请求并解析. 为了读取⽅便, 直接使⽤ Scanner.Scanner scanner = new Scanner(inputStream);if (!scanner.hasNext()) {// 读取完毕, 客⼾端下线.System.out.printf("[%s:%d] 客⼾端下线!\n", clientSocket.getInebreak;}// 这个代码暗含⼀个约定, 客⼾端发过来的请求, 得是⽂本数据, 同时, 还得带有String request = scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String response = process(request);// 3. 把响应写回给客⼾端. 把 OutputStream 使⽤ PrinterWriter 包裹⼀下PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);// 使⽤ PrintWriter 的 println ⽅法, 把响应返回给客⼾端.// 此处⽤ println, ⽽不是 print 就是为了在结尾加上 \n . ⽅便客⼾端writer.println(response);// 这⾥还需要加⼀个 "刷新缓冲区" 操作.writer.flush();// ⽇志, 打印当前的请求详情.System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", clientSocket.gerequest, response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 在 finally 中加上 close 操作, 确保当前 socket 被及时关闭!!try {clientSocket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);server.start();}
}

TCP Echo Client

public class TcpEchoClient {private Socket socket = null;// 要和服务器通信, 就需要先知道, 服务器所在的位置.public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {// 这个 new 操作完成之后, 就完成了 tcp 连接的建⽴.socket = new Socket(serverIp, serverPort);}public void start() {System.out.println("客⼾端启动");Scanner scannerConsole = new Scanner(System.in);try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {while (true) {// 1. 从控制台输⼊字符串.System.out.print("-> ");String request = scannerConsole.next();// 2. 把请求发送给服务器PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);// 使⽤ println 带上换⾏. 后续服务器读取请求, 就可以使⽤ scanner.nprintWriter.println(request);// 不要忘记 flush, 确保数据是真的发送出去了!!printWriter.flush();// 3. 从服务器读取响应.Scanner scannerNetwork = new Scanner(inputStream);String response = scannerNetwork.next();// 4. 把响应打印出来System.out.println(response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1", 9090);client.start();}
}

服务器引⼊多线程

如果只是单个线程, ⽆法同时响应多个客⼾端.

此处给每个客⼾端都分配⼀个线程.

// 启动服务器
public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");while (true) {Socket clientSocket = serverSocket.accept();Thread t = new Thread(() -> {processConnection(clientSocket);});t.start();}
}

服务器引⼊线程池

为了避免频繁创建销毁线程, 也可以引⼊线程池

// 启动服务器
public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();while (true) {Socket clientSocket = serverSocket.accept();// 使⽤线程池, 来解决上述问题service.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {processConnection(clientSocket);}});}
}