TCP与UDP网络编程

网络通信协议

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持:

• UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)
• TCP：传输控制协议(Transmission Control Protocol)

TCP协议与UDP协议

TCP协议

• TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端

• 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道
• 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
  • TCP协议使用重发机制，当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体确认信息，如果没有收到另一个通信实体确认信息，则会再次重复刚才发送的消息
• 在连接中可进行大数据量的传输
  传输完毕，需释放已建立的连接，效率低

UDP协议

• UDP协议进行通信的两个应用进程：发送端、接收端
• 将数据、源、目的封装成数据包(传输的基本单位)，不需要建立连接
• 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，不能保证数据的完整性，故是不可靠的
• 每个数据报的大小限制在64K内
• 发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高
• 适用场景：音频、视频和普通数据的传输。例如视频会议

生活案例

TCP生活案例：打电话

UDP生活案例：发送短信、发电报

区别

• TCP：可靠的连接(发送数据前，需要三次握手、四次挥手)，进行大数据量的传输，效率低。
• UDP：不可靠的连接(发送前，不需要确认对方是否在)、使用数据报传输(限制在64kb以内)、效率高。

TCP协议

三次握手

TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠。

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

四次挥手

TCP协议中，在发送数据结束后，释放连接时需要经过四次挥手。

• 第一次挥手：客户端向服务器端提出结束连接，让服务器做最后的准备工作。此时，客户端处于半关闭状态，即表示不再向服务器发送数据了，但是还可以接受数据。
• 第二次挥手：服务器接收到客户端释放连接的请求后，会将最后的数据发给客户端。并告知上层的应用进程不再接收数据。
• 第三次挥手：服务器发送完数据后，会给客户端发送一个释放连接的报文。那么客户端接收后就知道可以正式释放连接了。
• 第四次挥手：客户端接收到服务器最后的释放连接报文后，要回复一个彻底断开的报文。这样服务器收到后才会彻底释放连接。这里客户端，发送完最后的报文后，会等待2MSL，因为有可能服务器没有收到最后的报文，那么服务器迟迟没收到，就会再次给客户端发送释放连接的报文，此时客户端在等待时间范围内接收到，会重新发送最后的报文，并重新计时。如果等待2MSL后，没有收到，那么彻底断开。
  

网络编程API

Socket类

基本介绍

示意图:

理解客户端、服务端

• 客户端：

  • 自定义
  • 浏览器(browser — server)

• 服务端：

  • 自定义
  • Tomcat服务器

TCP网络编程

通信模型

例题1

客户端发送内容给服务端，服务端将内容打印到控制台上。

public class TCPTest1 {//客户端@Testpublic void client() {Socket socket = null;OutputStream os = null;try {// 1.创建一个SocketInetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); //声明ip地址int port = 8989; //声明端口号socket = new Socket(inetAddress,port);// 2.发送数据os = socket.getOutputStream();os.write("你好，我是客户端，请多多关照".getBytes());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 3.关闭socket、流try {if (socket != null)socket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (os != null)os.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}//服务端@Testpublic void server() {ServerSocket serverSocket = null;Socket socket = null; //阻塞式方法InputStream is = null;try {// 1.创建一个ServerSocketint port = 8989;serverSocket = new ServerSocket(port);// 2.调用accept()，接收客户端的Socketsocket = serverSocket.accept();System.out.println("服务器端已开启");System.out.println("收到了来自于" + socket.getInetAddress().getHostAddress() + "的连接");// 3.接收数据is = socket.getInputStream();byte[] buffer = new byte[1024];ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); //内部维护了一个byte[]int len;while ((len = is.read(buffer)) != -1) {// 错误的，可能会出现乱码
//                String str = new String(buffer,0,len);
//                System.out.println(str);//正确的baos.write(buffer,0,len);}System.out.println(baos.toString());System.out.println("\n数据接收完毕");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 4.关朗Socket、ServerSocket、流try {if (socket != null) {socket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (serverSocket != null) {serverSocket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (is != null) {is.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

例题2

客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地。

public class TCPTest2 {//客户端@Testpublic void client() {// 1.创建Socket// 指明对方（即为服务器）的ip地址和端口号Socket socket = null;FileInputStream fis = null;OutputStream os = null;try {InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port = 9090;socket = new Socket(inetAddress,port);// 2.创建File的实例、FileInputstream的实例File file = new File("huan.jpg");fis = new FileInputStream(file);// 3.通过Socket，获取输出流os = socket.getOutputStream();// 读写数据byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {os.write(buffer,0,len);}System.out.println("数据发送完毕");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 4.关闭Socket和相关的流try {if (os != null) {os.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (fis != null) {fis.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (socket != null) {socket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}//服务端@Testpublic void server() {ServerSocket serverSocket = null;Socket socket = null;InputStream is = null;FileOutputStream fos = null;try {// 1.创建ServerSocketint port = 9090;serverSocket = new ServerSocket(port);// 2.接收来自于客户端的socket:accept()socket = serverSocket.accept();// 3.通过Socket获取一个输入流is = socket.getInputStream();// 4.创建File类的实例、File0utputstream的实例File file = new File("huan_copy.jpg");fos = new FileOutputStream(file);// 5.读写过程byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = is.read(buffer)) != -1) {fos.write(buffer,0,len);}System.out.println("数据接收完毕");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 6.关闭相关的Socket和流try {if (fos != null) {fos.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (is != null) {is.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (socket != null) {socket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (serverSocket != null) {serverSocket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (is != null) {is.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

例题3

从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功"给客户端。并关闭相应的连接。

public class TCPTest3 {//客户端@Testpublic void client() {// 1.创建Socket// 指明对方（即为服务器）的ip地址和端口号Socket socket = null;FileInputStream fis = null;OutputStream os = null;ByteArrayOutputStream baos = null;InputStream is = null;try {InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port = 9090;socket = new Socket(inetAddress, port);// 2.创建File的实例、FileInputstream的实例File file = new File("huan.jpg");fis = new FileInputStream(file);// 3.通过Socket，获取输出流os = socket.getOutputStream();// 4.读写数据byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {os.write(buffer, 0, len);}System.out.println("数据发送完毕");// 5.客户端表明不再继续发送数据socket.shutdownOutput();// 6.接收来自于服务器端的数据is = socket.getInputStream();baos = new ByteArrayOutputStream();byte[] buffer1 = new byte[5];int len1;while ((len1 = is.read(buffer1)) != -1) {baos.write(buffer1, 0, len1);}System.out.println(baos.toString());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 7.关闭Socket和相关的流try {baos.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}try {is.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (os != null) {os.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (fis != null) {fis.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (socket != null) {socket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}//服务端@Testpublic void server() {ServerSocket serverSocket = null;Socket socket = null;InputStream is = null;FileOutputStream fos = null;OutputStream os = null;try {// 1.创建ServerSocketint port = 9090;serverSocket = new ServerSocket(port);// 2.接收来自于客户端的socket:accept()socket = serverSocket.accept();// 3.通过Socket获取一个输入流is = socket.getInputStream();// 4.创建File类的实例、File0utputstream的实例File file = new File("huan_copy2.jpg");fos = new FileOutputStream(file);// 5.读写过程byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = is.read(buffer)) != -1) {fos.write(buffer, 0, len);}// 6.服务端发送数据给客户端os = socket.getOutputStream();os.write("你的图片很漂亮，我接收到了".getBytes());System.out.println("数据接收完毕");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 7.关闭相关的Socket和流try {os.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (fos != null) {fos.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (is != null) {is.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (socket != null) {socket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (serverSocket != null) {serverSocket.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {if (is != null) {is.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

【案例】聊天室

聊天室模型

服务器端

public class ChatSeverTest {//这个集合用来存储所有在线的客户端static ArrayList<Socket> online = new ArrayList<Socket>();public static void main(String[] args) throws IOException {//1、启动服务器，绑定端口号ServerSocket server = new ServerSocket(8989);//2、接收n多的客户端同时连接while (true) {Socket accept = server.accept();online.add(accept);//把新连接的客户端添加到online列表中MessageHandler mh = new MessageHandler(accept);mh.start();}}static class MessageHandler extends Thread {private Socket socket;private String ip;public MessageHandler(Socket socket) {super();this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {ip = socket.getInetAddress().getHostAddress();//插入：给其他客户端转发“我上线了”sendToOther(ip+"上线了");//(1)接收该客户端的发送的消息InputStream input = socket.getInputStream();InputStreamReader reader = new InputStreamReader(input);BufferedReader br = new BufferedReader(reader);String str;while ((str = br.readLine()) != null) {//(2)给其他在线客户端转发sendToOther(ip + ":" + str);}sendToOther(ip + "下线了");} catch (IOException e) {try {sendToOther(ip + "掉线了");} catch (Exception e1) {e1.printStackTrace();}} finally {//从在线人员中移除我online.remove(socket);}}//封装一个方法：给其他客户端转发xxx消息public void sendToOther(String message) throws IOException {//遍历所有的在线客户端，一一转发for (Socket on : online) {OutputStream every = on.getOutputStream();PrintStream ps = new PrintStream(every);ps.println(message);}}}
}

客户端

public class ChatClientTest {public static void main(String[] args) throws Exception {//1、连接服务器Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8989);//2、开启两个线程//(1)一个线程负责看别人聊，即接收服务器转发的消息Receive receive = new Receive(socket);receive.start();//(2)一个线程负责发送自己的话Send send = new Send(socket);send.start();send.join();//等我发送线程结束了，才结束整个程序socket.close();}
}class Send extends Thread{private Socket socket;public Send(Socket socket) {super();this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//按行打印PrintStream ps = new PrintStream(outputStream);Scanner input = new Scanner(System.in);//从键盘不断的输入自己的话，给服务器发送，由服务器给其他人转发while (true) {System.out.println("自己的话：");String str = input.nextLine();if ("bye".equals(str)) {break;}ps.println(str);}input.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}class Receive extends Thread{private Socket socket;public Receive(Socket socket) {super();this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {InputStream inputStream = socket.getInputStream();Scanner input = new Scanner(inputStream);while (input.hasNextLine()) {String line = input.nextLine();System.out.println(line);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

UDP网络编程

通信模型

示例

public class UDPTest {//发送端@Testpublic void sender() throws Exception {//1.创建DatagramSocket的实例DatagramSocket ds = new DatagramSocket();//2、将数据、目的地的ip，目的地的端口号部封装在DatagramPacket数据报中InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port = 9090;byte[] bytes = "我是发送端".getBytes("utf-8");DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, inetAddress, port);//发送数据ds.send(packet);ds.close();}//接收端@Testpublic void receiver() throws IOException {//1.创建DatagramSocket的实例int port = 9090;DatagramSocket ds = new DatagramSocket(port);//2. 创建数据报的对象，用于接收发送端发送过来的数据byte[] buffer = new byte[1024 * 64];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);//3.接收数据ds.receive(packet);//4.获取数据，并打印到控制台上String str = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());System.out.println(str);ds.close();}
}