JAVAEE之网络编程(1)_套接字、UDP数据报套接字编程及从代码实例

前言

什么是网络编程呢？
 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，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

一、网路编程中的基本概念

1.1 发送端和接收端

1. 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。
2. 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。
3. 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：

1. 第一次：请求数据的发送
2. 第二次：响应数据的发送。

客户端和服务端

客户端和服务端：

1. 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。
2. 客户端：获取服务的一方进程，称为客户端。

二、Socket 套接字

2.1 基本概念

 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。

2.2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的主要特点：（详细内容会在后续的章节中详细介绍)

1. 无连接
2. 不可靠传输
3. 面向数据报
4. 有接收缓冲区，无发送缓冲区
5. 大小受限：一次最多传输 64KB

 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。

三、UDP数据报套接字编程

3.1 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。

对于一次发送及接收UDP数据报的流程如下：

3.2 DatagramSocket API

 DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket 构造方法：

DatagramSocket 方法：

3.3 DatagramPacket API

 DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
DatagramPacket 构造方法：

 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 （ SocketAddress 的子类 ）构造方法：

DatagramPacket 方法：

以下为服务端和客户端代码：

UDP服务端：

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.nio.channels.DatagramChannel;

/**
 * @author Zhang
 * @date 2024/5/2015:38
 * @Description:
 */
public class UdpEchoServer {

    //创建一个datagramSocket对象，这是后续操作网卡的基础
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        //此写法是手动指定端口
        socket = new DatagramSocket(port);

        // 此写法是让服务器自动分配端口
       // socket = new DatagramSocket();

    }

    //通过这个方法来启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");

        while(true){
            // 1. 读取请求并解析
            /**
             *  DatagramPacket这个队形来承载从网卡这边读取的数据，
             *  收到的数据需要一个内存空间来保存这个数据
             *  DatagramPacket 内部不能自动分配空间，需要程序员手动创建，交给DatagramPacket进行处理
             */
            DatagramPacket requestPacket  = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestPacket);   //当服务器一旦启动，就会立即执行receive方法，入伏哦客户端请求还没到，receive就会阻塞到客户端请求到达
            // 当完成receive后，数据以二进制的形式存储到DatagramPacket
            // 要想把这里的数据显示出来，好需要把这个二进制转变成字符串
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

            // 2.根据请求计算响应（一般服务器都会经理的过程）
            // 由于此处是回显服务器，请求是啥样，响应就是啥样
            String response = process(request);

            // 3. 把响应写会到客户端
            //      写一个响应对象，DatagramPacket
            //      往DatagramPacket 构造刚才数据，并通过 sent 返回

            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
            // 构造这个数据报，需要指定数据内容，也指定下一个数据报要发给谁
            socket.send(responsePacket);

            // 4.打印一个日志，把这次数据交互的详情打印出来
            System.out.printf("[%s:%d] req = %s, resp = %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),
                    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();
    }
}

UDP客户端

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author ZhangXu
 * @date 2024/5/2015:38
 * @Description:
 */
public class UdpEchoClient {

    private DatagramSocket socket = null;
    private  String serverIP = "";
    private  int serverPort = 0;

    public  UdpEchoClient(String ip,int port) throws SocketException {
        // 创建这个对象，不能手动指定端口
      socket = new DatagramSocket();
      //由于UDP自身不会持有对端的信息，就需要在应用程序里，吧对端的情况给记录下来
        serverIP = ip;
        serverPort = port;
    }


    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动！");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            // 1.从控制台读取数据，作为请求
            System.out.print("->");
            String request = scanner.next();
            // 2. 把请求内容构造成 DatagramPacket 对象，发送给服务器
            DatagramPacket  requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIP), serverPort);
            socket.send(requestPacket);

            // 3.尝试服务器返回的响应了
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            // 4.把响应转换成字符串，并先显示出来
            String response =  new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }

}

 启动客户端和服务端，在客户端发送内容，在服务端将会接收到相同的信息，运行结果：

UdpEchoClient:   
	客户端启动！
	->xiaoming
	xiaoming
->

UdpEchoClient:   
	服务器启动
	[/127.0.0.1:51575] req = xiaoming, resp = xiaoming

我们在下一节内容将会介绍TCP流套接字编程相关内容。