通信基石Socket结合OOP实现程序间的通信

梦里梦外; 2023-09-23 15:23 80阅读 0赞

#### 学习目录 ####

*  前言
 *   *  一.Socket是用来干什么的
     *  二.如何用代码建立通信连接
     *  三.Java实现TCP发收消息
     *  四.UDP的Socket编程

## 前言 ##

先分享一下最近看到的几篇面经：  
![在这里插入图片描述][797c930a6fa34ca7a820180d7459309c.png]  
看了一下关于Socket的知识点好像面试十分高频，它作为通信的基石许多组件，框架都是在他的基础之上进行封装，确实有必要深入了解一下  
**特别是网络编程结合I/O操作来要求你实现一个网络聊天室，如果面试官突然问到你 你能娓娓道来吗？**

今天主要针对Socket展开

### 一.Socket是用来干什么的 ###

**首先**  
标识每个端点IP地址和端口号称为套接字。socket=\{IP：PORT\}。标识源IP地址，源port，目的IP 地址，目的port，协议统称为套接字对。套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。  
套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。  
**一个Socket是一对IP地址和端口。**  
![在这里插入图片描述][abba44c1078748a2a733f85715aadfcc.png]

Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，一个程序将一段信息写入Socket中，该Socket将这段信息发送给另外一个Socket中，使这段信息能传送到其他程序中。  
**你可以这么理解：socket是进程之间用来对话的中间层工具。信息的传递需要Socket为我们架起桥梁！**

### 二.如何用代码建立通信连接 ###

站在面向对象的肩膀之上，设计者已经在java.net包中封装了用于通信连接的类与接口ServerSocket与Socket，只需要指定端口就能进行简单的连接  
![在这里插入图片描述][98a682dd429c473686a214406ab82a99.png]  
这是不是在你学JavaWeb里的Servlet中似曾相识呢？  
可以发现，通过Socket我成功地将两个程序（两个对象）串联了起来，而通信的秘密就蕴藏在其中，因为通过两端的Socket对象可以进行I/O操作，从而实现各式各样的通信！  
**注意**：**当客户端连接到服务端后，实际上客户端也是通过一个端口和服务端进行通讯的，这个端口是TCP/IP来分配的，是不确定的，是随机的**  
![在这里插入图片描述][15f2232ba8924097bff5293e4e2814fc.png]

### 三.Java实现TCP发收消息 ###

前面说过，支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元  
**TCP讲究准确安全（三次握手，四次挥手），他是基于连接的！**  
写两个Java类来仿照客户端与服务器端之间基于TCP的消息收发  
客户端从本地发送一张图片到服务器端，服务器端接收并保持到指定位置，并回送消息，客户端显示收到消息  
![在这里插入图片描述][427750daf5c143668d084e18ca71996a.png]  
通信的本质就是以Socket通道为对象来做I/O操作  
客户端：  
面向指定端口的Socket编程

public class Client {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
            //客户端通过主机连接服务器9999 端口
            InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
            Socket socket = new Socket(inet, 9999);
            //指定文件路径
            String filePath = "D:\\5.jpg";
            //将图片以文件流的形式传输到通道中
            BufferedInputStream bio = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filePath));
            //通过工具类将流数据转成字节数组
            byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bio);
    
            //将数据写入socket通道
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            outputStream.write(bytes);
    
            socket.shutdownOutput();
    
            //接收服务端回送的消息
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            String s = StreamUtils.streamToString(inputStream);
            System.out.println(s);
            //关流
            bio.close();
            inputStream.close();
            socket.close();
        }
    }

服务器端：  
面向返回的Socket编程

public class Server {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
            //指定连接的端口号
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
            //得到连接后返回的socket对象
            Socket accept = serverSocket.accept();
            //通过对象得到输入流
            InputStream inputStream = accept.getInputStream();
            //将输入流写到字符输入流
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(inputStream);
            //通过工具类将字符输入流对象转成字节数组
            byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
            String path = "src\\mysqlSend.png";
            //创建输出流对象，将转成字节数组的文件流输出到指定目录
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(path));
            bos.write(bytes);
            bos.flush();//刷新
                
            //向客户端发送收到图片
            BufferedWriter osw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
            osw.write("收到图片");
            osw.flush();
            accept.shutdownOutput();//设置结束标记
                
            accept.close();
            osw.close();
            serverSocket.close();
            bos.close();
        }
    }

可以看到，这一切操作的基础都是在以循环往复的Socket通道为对象进行，所以强调TCP是基于连接的！

### 四.UDP的Socket编程 ###

而UDP与之相反，他是不基于连接的！所以应用场景十分少。  
在B站上看到过这样一句话非常生动形象：

> **UDP协议就相当于是写信给对方，寄出去信件之后不能知道对方是否收到信件，信件内容是否完整，也不能得到及时反馈。  
> TCP协议就像是打电话通信，在这一系列流程都能得到及时反馈，并能确保对方及时接收到。**

![在这里插入图片描述][f43a13776fed42129d86ac36784d9f38.png]  
UDP的宗旨：  
**使用UDP协议进行数据传输是，需要将需要传输数据定义为数据报（DatagramPaket），在数据报中指明数据所要到达Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去。明白了这个再来结合I/O不是有手就行啊**

一个UDP通信小Demo：  
客户端：

public class UDPSenderB {
        
        public static void main(String[] args) throws IOException {
        
    
            //1.创建 DatagramSocket 对象，准备在9998端口 接收数据
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);
    
            //2. 将需要发送的数据，封装到 DatagramPacket对象
            byte[] data = "hello world!".getBytes(); //
    
            //说明: 封装的 DatagramPacket对象 data 内容字节数组 , data.length , 主机(IP) , 端口
            DatagramPacket packet =
                    new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.235.128"), 9999);
    
            socket.send(packet);
            //构建一个 DatagramPacket 对象，准备接收数据
            // 一个数据包最大 64k
            byte[] buf = new byte[1024];
            packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
            //调用 接收方法, 将通过网络传输的 DatagramPacket 对象
            //填充到 packet对象
            socket.receive(packet);
            //可以把packet 进行拆包，取出数据，并显示.
            int length = packet.getLength();//实际接收到的数据字节长度
            data = packet.getData();//接收到数据
            String s = new String(data, 0, length);
            System.out.println(s);
            //关闭资源
            socket.close();
        }
    }

服务器端:

public class UDPReceiverA {
        
        public static void main(String[] args) throws IOException {
        
            //1. 创建一个 DatagramSocket 对象，准备在9999接收数据
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
            //2. 构建一个 DatagramPacket 对象，准备接收数据
            //  一个数据包最大 64k
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
            //3. 调用 接收方法, 将通过网络传输的 DatagramPacket 对象
            //   填充到 packet对象
            System.out.println("A 等待接收数据..");
            socket.receive(packet);
    
            //4. 可以把packet 进行拆包，取出数据，并显示.
            int length = packet.getLength();//实际接收到的数据字节长度
            byte[] data = packet.getData();//接收到数据
            String s = new String(data, 0, length);
            System.out.println(s);
            //===回复信息给B端
            //将需要发送的数据，封装到 DatagramPacket对象
            data = "Hello，Java！".getBytes();
            //说明: 封装的 DatagramPacket对象 data 内容字节数组 , data.length , 主机(IP) , 端口
            packet =
                    new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.235.128"), 9998);
            socket.send(packet);//发送
            //5. 关闭资源
            socket.close();
        }
    }

UDP通信不可靠，少用，了解就行~  
文章最后，分享一点脍炙人口的八股文：

> **UDP协议是一种对等通信的实现，发送方只需要接受方的IP（地址）和Port（端口），就可以直接向它发送数据，不需要线连接。每个程序都可以作为服务器，也可以作为客户端。UDP是一种无连接的传输协议，每个数据报的大小限定在64KB以内。数据报是一个在网络上发送的独立信息，它的到达。到达时间以及内容本身等都不能得到保证。这种传输方式是无序的，也不能确保绝对的安全可靠，但它很简单也具有较高的效率。  
> 使用UDP协议进行数据传输是，需要将需要传输数据定义为数据报（DatagramPaket），在数据报中指明数据所要到达Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去。实例化DatagramPacket时使用参数port和没有使用参数port的区别在与，提供port的一方可以让别人主动发送消息过来，而没有参数port的则会在发送消息时自动绑定一个本地没有使用的端口。在接收到发送的数据报（DatagramPaket）时，不仅可以获取数据，还可以获得发送方的IP和Port，这样就可以向发送方发送数据，因此，本质上二者是对等的。**

[797c930a6fa34ca7a820180d7459309c.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/797c930a6fa34ca7a820180d7459309c.png
[abba44c1078748a2a733f85715aadfcc.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/abba44c1078748a2a733f85715aadfcc.png
[98a682dd429c473686a214406ab82a99.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/98a682dd429c473686a214406ab82a99.png
[15f2232ba8924097bff5293e4e2814fc.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/15f2232ba8924097bff5293e4e2814fc.png
[427750daf5c143668d084e18ca71996a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/427750daf5c143668d084e18ca71996a.png
[f43a13776fed42129d86ac36784d9f38.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f43a13776fed42129d86ac36784d9f38.png