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回显服务器(Echo Server)
最简单的客户端服务器程序,不涉及到业务流程,只是对与 API 的用法做演示
客户端发送什么样的请求,服务器就返回什么样的响应,没有任何业务逻辑,没有进行任何计算或者处理
0. 构造方法
- 网络编程必须要使用网卡,就需要用到
Socket
对象- 创建一个
DatagramSocket
对象,之后在基于这个对象进行操作
- 创建一个
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException; public class UdpEchoServer { private DatagramSocket socket = null; public UdpEchoServer(int port) throws SocketException { //SocketException 异常是 IOException 的子类socket = new DatagramSocket(port); }
}
- 对于服务器这一端来说,需要在
socket
对象创建的时候,就指定一个端口号port
,作为构造方法的参数 - 后续服务器开始运行之后,操作系统就会把端口号和该进程关联起来
- 端口号的作用就是来区分进程的,一台主机上可能有很多个进程很多个程序,都要去操作网络。当我们收到数据的时候,哪个进程来处理,就需要通过端口号去区分
- 所以就需要在程序一启动的时候,就把这个程序关联哪个端口指明清楚
- 在调用这个构造方法的过程中,
JVM
就会调用系统的Socket API
,完成“端口号-进程”之间的关联动作- 这样的操作也叫“绑定端口号”(系统原生
API
名字就叫bind
) - 绑定好了端口号之后,就明确了端口号和进程之间的关联关系
- 这样的操作也叫“绑定端口号”(系统原生
- 对于一个系统来说,同一时刻,一个端口号只能被一个进程绑定;但是一个进程可以绑定多个端口号(通过创建多个
Socket
对象来完成)- 因为端口号是用来区分进程,收到数据之后,明确说这个数据要给谁,如果一个端口号对应到多个进程,那么就难以起到区分的效果
- 如果有多个进程,尝试绑定一个端口号,只有一个能绑定成功,后来的都会绑定失败
- 前面说到,这里的
socket
对象也占用一个文件描述符表里面的资源,但在这个程序中却不需要进行文件关闭的操作- 因为此处代码中,
socket
的生命周期是跟随整个进程的,当进程结束了,socket
才需要关闭 - 此时,就算代码中没有
close
,进程关闭,也就会释放文件描述附表里的所有内容,也就相当于close
了
- 因为此处代码中,
1. 接收请求
- 通过
start
来启动服务器的核心流程 - 对于服务器来说,主要的工作,就是不停地处理客户端发来的请求,因为客户端什么时候会发来请求是未知的,所以要时刻待命
public void start() { System.out.println("服务器启动!"); //通过一个死循环来不停地处理请求 while(true) { //1. 读取客户端的请求并解析socket.receive(); }
}
- 对
7*24
小时工作的服务器来说,服务器里面有死循环是很正常的,不是说死循环就是代码bug
- 读取客户端的请求并解析
receive
是从网卡上读取数据,但是调用receive
的时候,网卡上不一定就有数据- 当调用
start
方法之后程序启动,就立刻调用了receive
,一调用receive
,就会立刻从网卡中读取数据,但这个时候客户端可能还没来,网卡中还没有数据 - 如果网卡上收到数据了,
receive
立刻返回,获取收到的数据;如果没有收到数据,receive
就会阻塞等待,直到真正收到数据为止 - 此处
receive
也是通过“输出型参数”获取到网卡上收到的数据的
receive
的参数是DatagramPacket
- 我们就需要构造一个空的
DatagramPacket
对象,将其作为参数传递给receive
- 我们就需要构造一个空的
public void start() throws IOException { System.out.println("服务器启动!"); //通过一个死循环来不停地处理请求 while(true) { //1. 读取客户端的请求并解析 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); }
}
DatagramPacket
自身需要存储数据,但是数据的空间具体多大,需要外部来定义,自身不负责- 需要指定
requestPacket
所需要存储数据/持有数据的基数- 指定一个字节数组,和其长度
- 大小没什么讲究,只要能确保能够存储下你通讯的一个数据包即可
- 收到的请求数据是通过二进制
byte[]
的形式来体现的,而我们后续要将其进行处理,最好将它转成字符串才好处理
public void start() throws IOException { System.out.println("服务器启动!"); //通过一个死循环来不停地处理请求 while(true) { //1. 读取客户端的请求并解析 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); //将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串 String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength()); }
}
- 构造
String
可以基于字节数组构造,也可以基于字符数组进行构造- 此处
DatagramPacket
里面持有的就是字节数组,我们就取出里面包含的字节数 - 此处就指定了:是哪个字节数组、从哪开始构造、构造多长
- 此处
2. 根据请求计算响应
- 请求(request):客户端主动给服务器发起的数据
- 响应(response):服务器给客户端返回的数据
此处是一个回显服务器,响应就是请求
public void start() throws IOException { System.out.println("服务器启动!"); //通过一个死循环来不停地处理请求 while(true) { //1. 读取客户端的请求并解析 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); //将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串 String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength()); //2. 根据请求计算响应 String response = process(request); }
} //请求是什么,响应就是什么
private String process(String request) { return request;
}
3. 将响应写回客户端
此时需要主动的将数据通过网卡发送回客户端
- 与
receive
相似,send
的参数是DatagramPacket
- 我们就需要构造一个
DatagramPacket
对象,将其作为参数传递给send
- 但此时不能使用空的数组来构造
DatagramPacket
对象 - 需要使用刚刚的
response
数据进行构造
- 我们就需要构造一个
public void start() throws IOException { System.out.println("服务器启动!"); //通过一个死循环来不停地处理请求 while(true) { //1. 读取客户端的请求并解析 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); //将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串 String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength()); //2. 根据请求计算响应 String response = process(request); //3. 把响应写回到客户端 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length, requestPacket.getSocketAddress()); socket.send(responsePacket); }
} //请求是什么,响应就是什么
private String process(String request) { return request;
}
String
可以基于字节数组来构造,也可以随时取出里面的字节数组response.getBytes().length
不能写成response.length
- 前者是在获取字节数组,得到字节数组的长度,单位是“字节”
- 后者是在获取字符串中字符的个数,单位是“字符”
UDP
有一个特点——无连接- 所谓的连接,就是通信双方保存对方的信息(IP+端口号)
- 就是说
DatagramSocket
这个对象中,不持有对方(客户端)和 IP 端口的,进行send
的时候,就需要在send
的数据包里,把要“发给谁”这样的信息,写进去,才能够正确的把数据进行返回 - 所以要将信息也作为参数,传入
responsePacket
中- 客户端刚才给服务器发了一个请求
requestPacket
,这个包记录了这个数据是从哪来,从哪来就让它回哪去,所以直接获取这个requestPacket
的信息就可以了 - 客户端的 IP 和端口就都包含在
requestPacket.getSocketAddress()
中 - 后续往外发送数据包的时候,就知道该发去哪了
- 客户端刚才给服务器发了一个请求
- 相比之下,
TCP
代码中,因为TCP
是有连接的,则无需关心对端的 IP 和端口,只管发送数据即可
- 如果字符串里都是英文字母/阿拉伯数字/英文标点符号的话,都是
ASCII
编码的,一个字符也就是一个字节这么长- 如果字符串里有中文,是
UTF8
编码的,一个中文就是 3 个字节UTF8
也是能兼容ASCII
,当使用UTF8
表示英文的时候,和ASCII
表示英文是完全相同的
4. 完整代码
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException; public class UdpEchoServer { private DatagramSocket socket = null; public UdpEchoServer(int port) throws SocketException { socket = new DatagramSocket(port); } public void start() throws IOException { System.out.println("服务器启动!"); //通过一个死循环来不停地处理请求 while(true) { //1. 读取客户端的请求并解析 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); //将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串 String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength()); //2. 根据请求计算响应 String response = process(request); //3. 把响应写回到客户端 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length, requestPacket.getSocketAddress()); socket.send(responsePacket); //4. 打印日志 System.out.printf("[%s:%d req=%s, res=%s\n",requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort(),request,response); } } //请求是什么,响应就是什么 private String process(String request) { return request; } public static void main(String[] args) throws IOException { UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090); server.start(); }public static void main(String[] args) throws IOException { UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090); server.start(); }
}
- 将端口号设为“9090”
客户端(Echo Client)
0. 构造方法
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException; public class UdpEchoClient { DatagramSocket socket = null; private String serverIP; private int serverPort; public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException { socket = new DatagramSocket(); this.serverIP = serverIP; this.serverPort = serverPort; }
}
- 服务器那边,创建
socket
的时候一定要指定端口号;- 服务器必须是指定了端口号,客户端主动发起的时候,才能找到服务器
- 客户端这边,创建
socket
的时候最好不要指定端口号- 客户端是主动的一方,不需要服务器来找它,所以不需要指定端口号
- 不代表没有端口号,客户端这边的端口号是系统自动分配了一个端口
- 还有一个重要的原因,如果在客户端这里指定了端口之后,由于客户端是在用户的电脑上运行的,天知道用户的电脑上都有哪些程序,都已经占用了哪些端口了。万一你的代码指定的端口和用户电脑上运行的其他程序的端口冲突,就出
bug
了- 让系统自动分配一个端口,就能确保是分配一个无人使用的空闲端口
- 创建出对象之后,需要明确好服务器在哪,才能发起请求
- 所以在构造方法中指定两个参数:
String serverIP
(服务器 IP)、String serverPort
(服务器端口) - 并将这两个内容通过成员变量记录下来,之后就可以进一步通过这两个成员指定这个 UDP 数据报具体发给谁
- 所以在构造方法中指定两个参数:
客户端分配端口不可取的原因:
- 比如你去下馆子,进到店里面之后,老板让你找个地方坐
- 你找个地方坐,必然是找个“空闲的地方”
- 并且你这次坐的地方大概率和以前来坐的地方是不同的(可能上次坐的地方有人了)
你给服务器分配了端口之后,就相当于说是:你每次去吃饭,都被固定坐那个位置,不管有人没人
1. 读取输入
- 从控制台读取到用户的输入
public void start() { System.out.println("启动客户端!"); Scanner scanner = new Scanner(System.in); while (true) { //1. 从控制台读取到用户的输入 System.out.println("-> "); String request = scanner.next(); }
}
2. 构造一个 UDP 请求
构造 UDP 请求,并发送给服务器
public void start() throws IOException { System.out.println("启动客户端!"); Scanner scanner = new Scanner(System.in); while (true) { //1. 从控制台读取到用户的输入 System.out.println("-> "); String request = scanner.next(); //2. 构造出一个 UDP 请求,发送给服务器 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.length(),
InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort); socket.send(requestPacket);}
}
- 构造
requestPacket
对象的时候,不是拿的空对象进行构造的,要拿request
里面的 String 数组、数组长度、IP 和端口号进行构造- 此处是给服务器发送数据,发送数据的时候,UDP 数据报里就需要带有目标的
IP
和端口号。接受数据的时候,构造的UDP
数据报就是一个空的数据报
- 此处是给服务器发送数据,发送数据的时候,UDP 数据报里就需要带有目标的
- 因为计算机需要的
IP
不是字符串的,而我们通过this.serverIP
提供的是一个字符串IP
,所以我们需要把这个IP
转换成需要的类型再进行构造
构造对象时的注意事项:
DatagramPacket
里面构造的字节数组,不能是空的数组,因为我们是要给服务器发东西,里面得有内容(从控制台读取的用户的输入),所以把刚才从控制台读取的request
里面的字节数组取出来,然后构造到DatagramPacket
里面- 还需要指定此数据报要发给哪个服务器,需要将这个服务器的
IP
和端口号传进去- 这里传入
IP
的时候,需要将IP
类型转换成计算机需要的格式、
- 这里传入
3. 从服务器读取响应
public void start() throws IOException { System.out.println("启动客户端!"); Scanner scanner = new Scanner(System.in); while (true) { //1. 从控制台读取到用户的输入 System.out.println("-> "); String request = scanner.next(); //2. 构造出一个 UDP 请求,发送给服务器 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.length(), InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort); socket.send(requestPacket); //3. 从服务器读取到响应 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); }
}
- 由于客户端给服务器发送请求之后,响应也不是立刻就会过来的,如果此时立刻去调用客户端,
receive
也是可能会发生阻塞的
4. 完整代码
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner; public class UdpEchoClient { DatagramSocket socket = null; private String serverIP; private int serverPort; public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException { socket = new DatagramSocket(); this.serverIP = serverIP; this.serverPort = serverPort; } public void start() throws IOException { System.out.println("启动客户端!"); Scanner scanner = new Scanner(System.in); while (true) { //1. 从控制台读取到用户的输入 System.out.println("-> "); String request = scanner.next(); //2. 构造出一个 UDP 请求,发送给服务器 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.length(), InetAddress.getByName(this.serverIP),this.serverPort); socket.send(requestPacket); //3. 从服务器读取到响应 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(requestPacket); //4. 把响应打印到控制台上 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(); }
}
- 此处传入的 IP 是一个特殊的 IP——环回 IP,这个 IP 就代表本机,如果客户端和服务器在同一个主机上,就使用这个 IP
- 将端口号设为“9090”,和上面的服务器一样,将服务器和客户端连接起来
服务器与客户端连接
将服务器和客户端运行起来之后,在客户端输入“hello
”的请求之后:
- 客户端读取到“
hello
”,构造出一个requestPacket
数据报,发送给服务器 - 服务器收到之后,就会从
receive
返回结果,再来转成String
类型的request
- 服务器继续执行
process
- 服务器再构造出一个响应数据报
responsePacket
- 服务器最后进行返回,并打印日志
- 客户端这边就会从
receive
这里读到响应结果responsePacket
- 最后客户端这边进行打印
//客户端
启动客户端!
-> hello
hello//服务器
[/127.0.0.1:65075 req=hello, res=hello
- 客户端:输入
hello
之后,打印出hello
- 服务器:输出
[/127.0.0. 1:65075 req=hello, res=hello
- 此处的信息就是客户端给服务器发起请求,服务器处理的过程,关键日志
127.0.0.1
是客户端 IP65075
是客户端的端口号,客户端没有指定端口号,这是系统自动分配的空闲的端口号- 请求和响应都是
hello
,因为是回显服务器,所以请求和响应是一样的
完整流程
此处的通信,是本机上的客户端和服务器通信,如果使用两个主机,能够跨主机通信吗?如果我把客户端代码发给你,你能通过你的客户端访问到我的这个服务器吗?
- 能,也不能
- 如果我就把服务器代码运行在我自己的电脑上,此时你是无法访问到我这个服务器的,除非你抱着你的电脑来我这,和我连上一样的 WiFi 才能访问(IPv 4 的锅)
- 如果把我写的服务器代码写到“云服务器”上,此时就是可以的。
- 云服务器拥有公网 IP,而我自己的电脑没有公网 IP
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