【JavaSE】十七、UDP套接字编程 TCP套接字编程

Ⅰ. UDP 和 TCP 的区别

Ⅱ. UDP 套接字编程

一、常用方法

1. UDP是无连接的，因此每次发送数据报前都需要指定目标地址和目标端口（而TCP则只需要创建套接字时候绑定即可）
2. 在Java中创建一个DatagramSocket对象，就是在操作系统中打开了一个socket文件，通过这个文件，可以读写数据，而该文件负责将内容与网卡进行交互，从而达到网络通信功能。
3. DatagramPacket就是一个数据报，DatagramSocket是真正的套接字文件，使用时候就是通过DatagramSocket中的send/receive方法来传输一个个数据报DatagramPacket。

💥注意事项：

1. 要构造InetAddress的话，需要调用InetAddress.getByName(s)静态方法，其中s是地址字符串，比如"127.0.0.1"，最后就能拿到的就是地址为s的InetAddress对象！
2. 一般构造DatagramPacket用getSocketAddress()的版本比较方便，因为这个方法实际上就包括了端口和地址，如下图所示：

1. 创建DatagramPacket的时候要传入的byte数组，实际上是一个应用层的缓冲区，通常建议缓冲区大小设置为大于或等于预期最大UDP包大小，比如4096或8192。
   1. 此外，要使用req.getLength()来获取实际接收数据的长度，而不是buf.length，即在读取数据时要用new String(req.getData(), 0, req.getLength())，避免读到多余的空字节。

二、服务端

1. 接收客户端发来的请求，并且进行解析
2. 处理请求
3. 封装成数据报进行响应

/** * 服务器不需要知道数据从哪里来，所以不需要用字段来存放客户端的IP和端口，直接从请求中获取即可 */publicclassServer{privateDatagramSocketsocket=null;// 通信就靠DatagramSocket对象publicServer(intport)throwsSocketException{socket=newDatagramSocket(port);// 服务端需要指定port，让别人来连接}publicvoidstart()throwsIOException{System.out.println("服务器启动！");while(true){// 1. （阻塞）接收客户端发来的请求，并且进行解析DatagramPacketreq=newDatagramPacket(newbyte[4096],4096);socket.receive(req);Stringdata=newString(req.getData(),0,req.getLength());// 从 DatagramPacket 取到有效的数据// 2. 处理请求Stringoutcome=func(data);// 3. 封装成数据报进行响应（注意要填写目的端口和ip）DatagramPacketresp=newDatagramPacket(outcome.getBytes(),0,outcome.getBytes().length,//req.getAddress(), req.getPort()); // 可以这样子写，但是麻烦，推荐下面的写法req.getSocketAddress());socket.send(resp);// 打印日志，看看效果System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",req.getAddress(),req.getPort(),data,outcome);}}// 业务代码（不是现在的重点）publicStringfunc(Stringdata){returndata;}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{Serverserver=newServer(8080);server.start();}}

三、客户端

1. 构造请求数据报，注意要传入目的端口和IP到数据报中
2. 发送请求到服务器
3. 接收服务器发来的响应，然后进行解析

/** * 1. 因为客户端在发送数据报的时候需要知道服务器的IP和端口，并且由于UDP * 每次发送数据都得传入服务器的IP和端口，所以需要用单独的字段来保存 * * 2. 创建DatagramSocket时候传入的端口是指定客户端自己在本机的端口， * 而不是服务器的端口，注意和上面区分开！ */publicclassClient{privateintport;// 服务器的端口privateStringaddr;// 服务器的地址privateDatagramSocketsocket=null;publicClient(intport,Stringaddr)throwsSocketException{this.port=port;this.addr=addr;socket=newDatagramSocket();// 让系统自动分配端口号}publicvoidstart()throwsIOException{System.out.println("客户端启动！");Scannersc=newScanner(System.in);while(true){// 1. 构造请求数据报，注意要传入目的端口和IP到数据报中System.out.print("请输入要发送给服务器的信息：");Stringmessage=sc.nextLine();DatagramPacketreq=newDatagramPacket(message.getBytes(),0,message.getBytes().length,InetAddress.getByName(addr),// 利用静态方法getByName构造InetAddressport);// 2. 发送请求到服务器socket.send(req);// 3. 接收服务器发来的响应，然后进行解析DatagramPacketresp=newDatagramPacket(newbyte[4096],4096);socket.receive(resp);Stringdata=newString(resp.getData(),0,resp.getLength());// 进行日志输出，查看效果System.out.println("响应："+data);}}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{Clientclient=newClient(8080,"127.0.0.1");client.start();}}

运行效果如下所示：

Ⅲ. TCP 套接字编程

一、常用方法

1. TCP连接只需要在创建套接字时候绑定端口和地址即可，而不需要像UDP一样每次发送数据的时候都要指定目标端口和地址！
2. ServerSocket这个类主要负责建立连接、监听新连接，而不负责数据的接收和发送！
3. Socket这个类主要负责数据的接收和发送！
   1. 因为TCP是面向字节流的，所以实际上数据的接收和发送，都是通过Socket获取套接字文件的输入输出流InputStream/OutputStream，然后以字节为单位，来处理该底层套接字，本质还是文件IO。
4. 在Java中，如果你没有显式调用connect()创建连接，但你直接使用Socket.getOutputStream().write(...)来写数据，则系统会在你第一次写数据的时候自动调用connect()建立连接！

二、服务端

1. 监听新连接
2. 创建新线程来处理新连接Socket，防止主线程阻塞
   1. 读取请求并进行解析
   2. 将解析后的请求进行业务处理
   3. 响应结果给客户端
3. 关闭Socket，防止资源泄露问题

这里需要关闭Socket对象的原因是一个服务器会创建很多新线程来处理不同的连接，这些连接本质都是套接字文件，如果没有释放文件资源的话，最后就会导致资源泄露问题！

至于ServerSocket和DatagramSocket为什么不需要释放，是因为它们全局只有一个对象，而且生命周期是随着程序生命周期的，所以不会出现资源泄露问题！

此外Scanner和PrintWriter也不需要释放，因为它们是从 Socket.getXXX() 获得的，本质还是 Socket 对象套接字文件对应的流对象，所以不需要关心 Scanner 和 PrintWriter 的释放问题！

💥注意事项：

1. 因为Scanner这里使用的是nextLine()和hasNextLine()，所以PrintWriter在使用的时候不能用write()，而要用println()，因为write()是不带换行符的，此时就算回车结束了，字符串也不会带回车，那么进入判断语句中就卡在那里了！
   1. 结论：用Scanner.nextLine()读取，就一定要println()写入。
2. 在用PrintWriter写入数据到套接字文件后，要调用flush()进行缓冲区刷新，不然只能缓冲区快满了自动刷新！

① 多线程版本

/** * 服务器只需要指定端口即可 */publicclassServer{privateServerSocketsocket=null;publicServer(intport)throwsIOException{socket=newServerSocket(port);}publicvoidstart()throwsIOException{System.out.println("TCP服务器启动！");while(true){// 1. 监听新连接Socketconn=socket.accept();System.out.println("获取到新连接："+conn.getInetAddress()+"/"+conn.getPort());// 2. 创建新线程来处理新连接，防止主线程阻塞newThread(()->{work(conn);}).start();}}// 新连接实际上要处理的任务privatevoidwork(Socketconn){try(InputStreamin=conn.getInputStream();OutputStreamout=conn.getOutputStream();Scannersc=newScanner(in);PrintWriterpw=newPrintWriter(out)){while(true){// 3. 读取请求并进行解析if(sc.hasNextLine()==false){// 要判断是否断开连接：如果客户端断开连接了，则会返回falseSystem.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！\n",conn.getInetAddress().toString(),conn.getPort());break;}Stringreq=sc.nextLine();// 4. 将解析后的请求进行业务处理Stringresp=func(req);// 5. 响应结果给客户端pw.println(resp);// ✔自动添加换行符，满足服务端 Scanner.nextLine()，使用write则会死循环！pw.flush();// ❗❗❗细节❗❗❗// 搞一下日志输出看看效果System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",conn.getInetAddress().toString(),conn.getPort(),req,resp);}}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException(e);}finally{// 6. 释放Socket资源try{conn.close();}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException(e);}}}privateStringfunc(Stringdata){returndata;}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{Serverserver=newServer(9090);server.start();}}

② 线程池版本

只需要改动上面start()函数里面创建线程的方式即可：

publicvoidstart()throwsIOException{System.out.println("TCP服务器启动！");while(true){// 监听新连接Socketconn=socket.accept();System.out.println("获取到新连接："+conn.getInetAddress()+"/"+conn.getPort());// 创建线程池来处理新连接，推荐用newCachedThreadPoolExecutorServicepool=Executors.newCachedThreadPool();pool.submit(()->{work(conn);});}}

三、客户端

1. 输入数据，写入Socket对象中，然后进行刷新
2. 接收服务器的响应

publicclassClient{privateSocketconn=null;publicClient(Stringaddr,intport)throwsIOException{conn=newSocket(addr,port);}publicvoidstart(){System.out.println("客户端启动！");Scannertmp=newScanner(System.in);try(InputStreamin=conn.getInputStream();OutputStreamout=conn.getOutputStream();Scannersc=newScanner(in);PrintWriterpw=newPrintWriter(out)){while(true){// 1. 输入数据，写入Socket中，然后刷新System.out.print("请输入要发送的数据：");Stringreq=tmp.nextLine();pw.println(req);// ✔自动添加换行符，满足服务端 Scanner.nextLine()，使用write则会死循环！pw.flush();// ❗❗❗细节❗❗❗// 2. 接收服务器的响应if(sc.hasNextLine()==false){System.out.println("客户端断开连续！");break;}Stringresp=sc.nextLine();// 打印日志看看效果System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n",conn.getInetAddress().toString(),conn.getPort(),req,resp);}}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException(e);}}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{Clientclient=newClient("127.0.0.1",9090);client.start();}}