Java socket编程详解，TCPUDP实现

用一张图来认识一下TCP和UDP

TCP点对点的传输方式，保证了数据的可达性；UDP只管发送数据，至于服务端能否接收到数据，不在它的保证范围之内。

下面，我们进入正题。

一、网络架构模型

TCP/IP协议分为分层架构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。

应用层：能被用户感知到的一层，如浏览器的http、https协议，远程连接工具的ftp、ftps协议等。

传输层：两台计算机之间的交互数据传输，就在这一层完成，传输层为上层协议提供端到端的可靠和透明的服务。TCP和UDP就是在这一层，是应用层协议的基础。进程的端口号，就是在这一层。

网络层：也就是IP层，两台计算机之间进行通信，先通过IP找到目标计算机，再根据端口号定位到具体的进程，然后进行数据传输。IP协议是internet 的基础。

二、socket编程

socket本质是编程语言的API，在Java中就是具体的类，socket 类对TCP/IP和UDP/IP协议进行了封装，提供一个可以供程序员做开发使用的接口。

TCP和UDP的区别

TCP:

基于连接，也就是两台计算机进行传输数据之前，必然先进行连接，也就是TCP中的三次握手，建立连接。
TCP连接，传输数据没有大小限制，一旦建立连接，可以按照约定的数据格式，传输所需数据。
TCP是一个可靠的协议，它会确保接受双方能够正确完整的接收到对方传输的数据（基于连接，保证了可靠性）。

UDP:

基于数据包来发送数据，数据包中包括了目标的IP、端口以及所要发送的数据。
传输数据大小受到了限制，每个数据包都必须小于64k。
UDP是一个不可靠的协议；双方数据传输不需要建立连接，发送方封装好数据后，只管发送，不管接受方能不能接收到数据。

TCP 的三次握手

第一次握手：客户端向服务端发送sny包，包括标记sny=1和数据seq=x，并进入sny_send状态。

第二次握手：服务端接收到客户端的TCP报文，确认客户端发送的数据seq=x没有问题，向客户端返回TCP报文，包括标记sny=1，确认ack=x+1，数据seq=y，并进入sny_recv状态。

第三次握手：客户端接收到服务端返回的TCP报文，确认服务端发送的数据seq=y没有问题，向服务端发送TCP报文，包括标记sny=1，确认ack=y+1， seq=x+1，并进入established状态。

服务端接收到客户端的TCP报文，进入established状态，双方可以进行数据传输。

三、TCP协议实现

socket实现的TCP协议客户端： TcpClient.java

import java.io.*;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Scanner;
public class TcpClient {private final static String SERVER_IP = "127.0.0.1";private final static int SERVER_PORT = 10888;public static void main(String[] args) throws Exception {TcpClient tcpClient = new TcpClient();Scanner in = new Scanner(System.in);while(true) {String msg = in.next();if("exit".equals(msg)) {break;}tcpClient.startTcpClient(SERVER_IP, SERVER_PORT, msg);}}public void startTcpClient(String ip, int port, String msg) throws Exception {//创建客户端 socket，并连接服务端IP:portSocket socket = new Socket(ip, port);//打开socket数据输出流OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);//将数据 写入输出流printWriter.write(msg);//刷新缓冲区，输出缓冲区的数据；如果不刷新，服务端接收到数据printWriter.flush();//关闭socket客户端的输出流//当socket的写操作打开后，会一直阻塞,所以，每次写完数据，需要关闭socket的写操作socket.shutdownOutput();/************* 客户端接受服务器返回的数据 ***************///打开socket输入流InputStream inputStream = socket.getInputStream();//字节流转字符流，并指定编码InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream,"UTF-8");//字符流封装成缓冲流BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();String len = null;while((len = bufferedReader.readLine()) != null) {stringBuffer.append(len);}  System.out.println("接收到客户端返回的数据：" + stringBuffer.toString());//关闭流bufferedReader.close();inputStreamReader.close();inputStream.close();printWriter.close();outputStream.close();      }
}

socket实现的TCP协议服务端：TcpServer.java

import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class TcpServer {public static void main(String[] args) throws Exception {TcpServer tcpServer = new TcpServer();tcpServer.startServer(10888);}public void startServer(int port) throws Exception {//创建一个socket服务端，监听port 端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);System.out.println("TCP服务器启动，并监听端口：" + port);//创建一个连接客户端的socketSocket socket = null;//创建一个循环，web项目以监听实现int count = 0;while(true){//监听客户端，等待客户端连接socket = serverSocket.accept();System.out.println("第" + count + "个客户端请求开始处理！");//创建一个线程，专门处理当前客户端的请求，以便继续处理其他客户端请求，避免阻塞TcpServerThread tcpServerThread = new TcpServerThread(socket);Thread thread = new Thread(tcpServerThread);thread.start();count++;}}
}

服务端处理客户端请求的线程： TcpServerThread.java

import java.io.*;
import java.net.Socket;
public class TcpServerThread implements Runnable {private Socket socket;public TcpServerThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {InputStream inputStream = null;InputStreamReader inputStreamReader = null;BufferedReader bufferedReader = null;PrintWriter printWriter = null;OutputStream outputStream = null;try {//获取socket 字节输入流inputStream = socket.getInputStream();//字节流转字符流，指定编码inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream,"utf-8");//字符流封装成缓冲字符流bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();String len = null;while((len = bufferedReader.readLine()) != null){stringBuffer.append(len);}System.out.println("客户端的地址：" + socket.getInetAddress() + ",客户端的端口：" + socket.getPort() + "接收到客户端的数据为：" + stringBuffer.toString());/***************   服务端返回数据给客户端  ***************/outputStream = socket.getOutputStream();printWriter = new PrintWriter(outputStream);printWriter.write("客户端你好，我接受到了你的数据：" + stringBuffer.toString());//刷新缓冲区，输出缓冲区的数据，如果不刷新，客户端接受不到数据printWriter.flush();//当socket的写操作打开后，会一直阻塞,所以，每次写完数据，需要关闭socket的写操作socket.shutdownOutput();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {try {printWriter.close();outputStream.close();bufferedReader.close();inputStreamReader.close();inputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

先启动服务端，再启动客户端，演示动画：

四、UDP协议的实现

UDP客户端：UdpClient.java

import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpClient {public final static String SERVER_IP = "127.0.0.1";public final static int SERVER_PORT = 10999;public final static int BYTE_LENGTH = 1024;public static void main(String[] args) throws Exception {UdpClient udpClient = new UdpClient();Scanner in = new Scanner(System.in);while(true) {String msg = in.next();if("exit".equals(msg)) {break;}udpClient.startUdpClient(SERVER_IP, SERVER_PORT, msg);}}public void startUdpClient(String ip, int port, String msg) throws Exception {//创建一个UDP的客户端DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();//发送给服务端的数据byte[] bytes = msg.getBytes("UTF-8");//封装数据包，包括数据、服务端IP、服务端端口DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getByName(ip), port);//发送数据datagramSocket.send(datagramPacket);/*********** 接收服务端发来的消息， 也可以像服务端开启新的线程 ************///用来接受服务端发来的数据byte[] receiveData = new byte[BYTE_LENGTH];//封装数据报，用来接收数据DatagramPacket receiveDataPacket = new DatagramPacket(receiveData, receiveData.length);//接受数据，阻塞，直到有数据发来datagramSocket.receive(receiveDataPacket);String serverSendData = new String(receiveDataPacket.getData(),0,receiveDataPacket.getLength(),"UTF-8");System.out.println("服务端返回的数据：" + serverSendData + ",服务端IP:" + receiveDataPacket.getAddress() + ",服务端端口：" + receiveDataPacket.getPort());}
}

UDP服务端：UdpServer.java

import java.net.*;
public class UdpServer {public final static int SERVER_PORT = 10999;public final static int BYTE_LENGTH = 1024;public static void main(String[] args) throws Exception {UdpServer udpServer = new UdpServer();udpServer.startUdpServer(SERVER_PORT);}public void startUdpServer(int port) throws Exception {// 创建UDP服务端，监听port端口DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(port);//创建一个字节数组，用来接受客户端发来的数据byte[] bytes = new byte[BYTE_LENGTH];//创建数据报，用来接收数据DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);System.out.println("开启UDP服务端，并监听端口：" + port);//创建一个循环，接收和处理客户端发送的数据while (true){//接收客户端发送的数据，阻塞，直到有客户端发送数据datagramSocket.receive(datagramPacket);//获取接收到的数据String receiveData = new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength(),"UTF-8");//获取客户端IPInetAddress clientIP = datagramPacket.getAddress();//获取客户端端口号int clientPort = datagramPacket.getPort();System.out.println("接收到客户端发送的数据：" + receiveData + ",客户端IP:" + clientIP + ",客户端端口：" + clientPort);//服务端返回给客户端的数据byte[] sendData = ("客户端你好！"+System.currentTimeMillis()).getBytes("UTF-8");//将数据、客户端IP、客户端端口封装进数据报DatagramPacket里面DatagramPacket sendDataPacket = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, clientIP, clientPort);//发送数据datagramSocket.send(sendDataPacket);}}
}

先启动服务端，再启动客户端，演示动画：