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Java TCP/IP Socket 編程 筆記（一）—基本概念 編程SocketJava網絡協議網絡應用
一些概念：
通信信道（communication channel）：將字節序列從一個主機傳輸到另一個主機的一種手段，可能是有線電纜，如以太網（Ethernet），也可能是無線的，如WiFi，或是其他方式的連接。
信息（information）是指由程序創建和解釋的字節序列。在計算機網絡環境中，這些字節序列稱為分組報文（packet）。
協議（protocol）相當于相互通信的程序達成的一種約定，它規定了分組報文的交換方式和它們包含的意義。一組協議規定了分組報文的結構（例如報文中的哪一部分表明了目的地址）以及怎樣對報文中所包含的信息進行解析。
TCP和UDP屬于傳輸層，IP屬于網絡層，TCP，UDP和IP的具體實現通常駐留在主機的操作系統中。應用程序通過套接字API對UDP協議和TCP協議所提供的服務進行訪問。
IP協議提供了一種數據報服務：每組分組報文都由網絡獨立處理和分發，就像信件或包裹通過郵政系統發送一樣。IP報文必須包含一個保存其目的地址的字段，就像你所投遞的每份包裹都寫明了收件人地址一樣。
TCP協議和UDP協議使用的地址叫做端口號，都是用來區分同一主機中的不同應用程序的。
客戶端（client）是通信的發起者，而服務器（server）程序則被動等待客戶端發起通信，并對其作出響應。
一個程序是作為客戶端還是服務器，決定了它在與其對等端（peer）建立通信時使用的套接字API（客戶端的對等端是服務器，反之亦然）。 客服端必須首先知道服務器端的地址和端口號，反之則不需要。這個打電話類似。只要通信連接建立成功，服務器和客戶端之間就沒有區別了。
Socket(套接字）是一種抽象層，應用程序通過它來發送和接受數據，就像應用程序打開一個文件句柄，將數據讀寫到穩定的存儲器上一樣。 一個TCP/IP套接字由一個互聯網地址，一個端對端協議（TCP或UDP協議）以及一個端口號唯一確定。
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Java TCP/IP Socket 編程 筆記（二）—TCP的例子 編程SocketJava網絡協議
1.InetAddress類和SocketAddress用于識別網絡主機
TCP協議客戶端和服務器端的套接字為Socket和ServerSocket
UDP協議的客戶端和服務器端的套接字為DatagramSocket
2.
類 NetworkInterface表示一個由名稱和分配給此接口的 IP 地址列表組成的網絡接口，其getNetworkInterfaces()返回此機器上的所有接口。getInetAddresses()是返回一個 Enumeration 并將所有 InetAddress 或 InetAddress 的子集綁定到此網絡接口的便捷方法。（注意：一個網絡接口可能包含IPv4或IPv6地址）
3.類 InetAddress的getHostAddress()返回 IP 地址字符串（以文本表現形式）。 getAllByName(String host)在給定主機名的情況下，根據系統上配置的名稱服務返回其 IP 地址所組成的數組。getHostName()獲取此 IP 地址的主機名。getHostAddress() 返回 IP 地址字符串（以文本表現形式）。
4.TCP套接字
服務器端ServerSocket實例監聽TCP鏈接請求，并為每個請求創建新的Socket實例。也就是說，服務器端要同時處理ServerSocket實例和Sockete實例，而客戶端只需要使用Socket實例。
TCP客戶端：
Java代碼 ?
public ?class ?TCPEchoClient?{ ??????public ?static ?void ?main(String?[]?args)?throws ?UnknownHostException,?IOException,?InterruptedException?{ ?? ????????if (args.length<2 3 ????????????throw ?new ?IllegalArgumentException("Parameter(s):<Server>?<Word>?[<Port>]" ); ?? ????????} ?? ???????? ?? ????????String?server=args[0 ???????? ?? ????????byte ?[]?data=args[1 ???????? ?? ????????int ?servPort=(args.length==3 2 7 ???????? ?? ?????????? ????????Socket?socket=new ?Socket(server,servPort); ?? ????????System.out.println("Connected?to?server...?sending?echo?string" ); ?? ???????? ?? ????????? ? ?? ????????InputStream?in=socket.getInputStream(); ?? ????????OutputStream?out=socket.getOutputStream(); ?? ???????? ?? ????????out.write(data); ?? ???????? ?? ????????int ?totalBytesRcvd=0 ????????int ?bytesRcvd; ?? ???????? ?? ????????while (totalBytesRcvd<data.length){ ?? ????????????if ((bytesRcvd=in.read(data,?totalBytesRcvd,?data.length-totalBytesRcvd))==-1 ????????????????throw ?new ?SocketException("Connection?closed?prematurely" ); ?? ????????????} ?? ????????????totalBytesRcvd+=bytesRcvd; ?? ????????} ?? ????????System.out.println("Receved:?" +new ?String(data)); ?? ???????? ?? ???????? ?? ????????socket.close(); ?? ????} ?? }?? public class TCPEchoClient {public static void main(String [] args) throws UnknownHostException, IOException, InterruptedException {if(args.length<2||args.length>3){throw new IllegalArgumentException("Parameter(s):<Server> <Word> [<Port>]");}String server=args[0];byte [] data=args[1].getBytes();int servPort=(args.length==3)?Integer.parseInt(args[2]):7;//1.創建一個Socket實例：構造函數向指定的遠程主機和端口建立一個TCP連接Socket socket=new Socket(server,servPort);System.out.println("Connected to server... sending echo string");/***2. 通過套接字的輸入輸出流進行通信：一個Socket連接實例包括一個InputStream和一個OutputStream，它們的用法同于其他Java輸入輸出流。*/InputStream in=socket.getInputStream();OutputStream out=socket.getOutputStream();out.write(data);int totalBytesRcvd=0;int bytesRcvd;while(totalBytesRcvd<data.length){if((bytesRcvd=in.read(data, totalBytesRcvd, data.length-totalBytesRcvd))==-1){throw new SocketException("Connection closed prematurely");}totalBytesRcvd+=bytesRcvd;}System.out.println("Receved: "+new String(data));//3.使用Socet類的close（）方法關閉連接socket.close();}
}
TCP服務器端代碼：
Java代碼 ?
public ?class ?TCPEchoServer?{ ??????private ?static ?final ?int ?BUFSIZE=32 ???? ?? ????public ?static ?void ?main(String?[]?args)?throws ?IOException,?InterruptedException{ ?? ????????if (args.length!=1 ????????????throw ?new ?IllegalArgumentException("Parameter(s):<Port>" ); ?? ????????} ?? ???????? ?? ????????int ?servPort=Integer.parseInt(args[0 ???????? ?? ?????????? ????????ServerSocket?servSock=new ?ServerSocket(servPort); ?? ???????? ?? ????????int ?recvMsgSize; ?? ???????? ?? ????????byte ?[]?receiveBuf=new ?byte [BUFSIZE]; ?? ???????? ?? ?????????? ????????while (true ){ ?? ?????????????? ?????????????? ????????????Socket?clntSock=servSock.accept(); ?? ????????????SocketAddress?clientAddress=clntSock.getRemoteSocketAddress(); ?? ????????????System.out.println("Handling?client?at?" +clientAddress); ?? ???????????? ?? ?????????????? ????????????InputStream?in=clntSock.getInputStream(); ?? ????????????OutputStream?out=clntSock.getOutputStream(); ?? ?? ????????????while ((recvMsgSize=in.read(receiveBuf))!=-1 ????????????????out.write(receiveBuf,?0 ????????????} ?? ???????? ?? ?????????????? ????????????clntSock.close(); ?? ????????} ?? ????} ?? }??
Java TCP/IP Socket 編程 筆記（三）—UDP的例子
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1.UDP套接字與TCP套接字不同。UDP套接字在使用前不需要進行連接。TCP協議與電話通信相似，而UDP協議則與郵件通信相似：你寄包裹或信件時不要進行“連接”，但是你的為每個包裹和信件制定目的地址。 Java通過DatagramPacket類和DatagramSocket類來使用UDP套接字。客戶端和服務端都使用DatagramSocket來發送數據，使用DatagramPacket來接收數據。
Java代碼 ?
import ?java.io.IOException; ??import ?java.io.InterruptedIOException; ??import ?java.net.DatagramPacket; ??import ?java.net.DatagramSocket; ??import ?java.net.InetAddress; ???? public ?class ?UDPEchoClientTimeout?{ ??????private ?static ?final ?int ?TIMEOUT=3000 ????private ?static ?final ?int ?MAXTRIES=5 ???? ?? ????public ?static ?void ?main(String[]?args)?throws ?IOException?{ ?? ????????if (args.length<2 3 ????????????throw ?new ?IllegalArgumentException("Parameter(s):<Server>?<Word>?[<Port>]" ); ?? ????????} ?? ???????? ?? ????????InetAddress?serverAddress=InetAddress.getByName(args[0 ????????byte ?[]?bytesToSend=args[1 ????????int ?servPort=(args.length==3 2 7 ???????? ?? ?????????? ????????DatagramSocket?socket=new ?DatagramSocket(); ?? ?????????? ????????socket.setSoTimeout(TIMEOUT); ?? ???????? ?? ????????DatagramPacket?sendPacket=new ?DatagramPacket(bytesToSend,bytesToSend.length,serverAddress,servPort); ?? ????????DatagramPacket?receivePacket=new ?DatagramPacket(new ?byte [bytesToSend.length],bytesToSend.length); ?? ???????? ?? ????????int ?tries=0 ????????boolean ?receivedResponse=false ; ?? ???????? ?? ????????do { ?? ?????????????? ????????????socket.send(sendPacket); ?? ????????????try { ?? ????????????????socket.receive(receivePacket); ?? ????????????????if (!receivePacket.getAddress().equals(serverAddress)){ ?? ????????????????????throw ?new ?IOException("Received?packet?from?an?unknown?source" ); ?? ????????????????} ?? ????????????????receivedResponse=true ; ?? ????????????}catch (InterruptedIOException?e){ ?? ????????????????tries+=1 ????????????????System.out.println("Timed?out," +(MAXTRIES-tries)+"?more?tries?..." ); ?? ????????????} ?? ???????????? ?? ????????}while (!receivedResponse&&(tries<MAXTRIES)); ?? ???????? ?? ???????? ?? ????????if (receivedResponse){ ?? ????????????System.out.println("Received:?" +new ?String(receivePacket.getData())); ?? ????????}else { ?? ????????????System.out.println("No?response?--?giving?up." ); ?? ????????} ?? ???????? ?? ?????????? ????????socket.close(); ?? ????} ?? }??
import java.io.IOException;
import java.io.InterruptedIOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class UDPEchoClientTimeout {private static final int TIMEOUT=3000;private static final int MAXTRIES=5;public static void main(String[] args) throws IOException {if(args.length<2||args.length>3){throw new IllegalArgumentException("Parameter(s):<Server> <Word> [<Port>]");}InetAddress serverAddress=InetAddress.getByName(args[0]);//server address;byte [] bytesToSend=args[1].getBytes();int servPort=(args.length==3)?Integer.parseInt(args[2]):7;//1.創建一個DatagramSocket實例，可以選擇對本地地址和端口進行設置。 DatagramSocket socket=new DatagramSocket();//設置receive()方法的最長阻塞時間socket.setSoTimeout(TIMEOUT);DatagramPacket sendPacket=new DatagramPacket(bytesToSend,bytesToSend.length,serverAddress,servPort);DatagramPacket receivePacket=new DatagramPacket(new byte[bytesToSend.length],bytesToSend.length);int tries=0;boolean receivedResponse=false;do{//2.使用DatagramSocket類的send()和receive()方法來發送和接收DatagramPacket實例，進行通信socket.send(sendPacket);try{socket.receive(receivePacket);if(!receivePacket.getAddress().equals(serverAddress)){throw new IOException("Received packet from an unknown source");}receivedResponse=true;}catch(InterruptedIOException e){tries+=1;System.out.println("Timed out,"+(MAXTRIES-tries)+" more tries ...");}}while(!receivedResponse&&(tries<MAXTRIES));if(receivedResponse){System.out.println("Received: "+new String(receivePacket.getData()));}else{System.out.println("No response -- giving up.");}//3.通信完成后，使用DatagramSocket類的close方法來銷毀該套接字socket.close();}
}
Java代碼 ?
import ?java.io.IOException; ??import ?java.net.DatagramPacket; ??import ?java.net.DatagramSocket; ???? public ?class ?UDPEchoServer?{ ??????private ?static ?final ?int ?ECHOMAX=255 ???? ?? ????public ?static ?void ?main(String[]?args)?throws ?IOException?{ ?? ????????if (args.length!=1 ????????????throw ?new ?IllegalArgumentException("Parameter(s):<Port>" ); ?? ????????} ?? ???????? ?? ????????int ?servPort=Integer.parseInt(args[0 ???????? ?? ?????????? ????????DatagramSocket?socket=new ?DatagramSocket(servPort); ?? ????????DatagramPacket?packet=new ?DatagramPacket(new ?byte [ECHOMAX],ECHOMAX); ?? ???????? ?? ????????while (true ){ ?? ?????????????? ????????????socket.receive(packet); ?? ????????????System.out.println("Handling?client?at?" +packet.getAddress().getHostAddress()+"?on?port?" +packet.getPort()); ?? ???????????? ?? ????????????socket.send(packet); ?? ????????????packet.setLength(ECHOMAX); ?? ????????} ?? ????} ?? }??
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;public class UDPEchoServer {private static final int ECHOMAX=255;//max size of echo datagrampublic static void main(String[] args) throws IOException {if(args.length!=1){throw new IllegalArgumentException("Parameter(s):<Port>");}int servPort=Integer.parseInt(args[0]);//1.創建一個DatagramSocket實例，指定本地端口號，可以選擇指定本地地址DatagramSocket socket=new DatagramSocket(servPort);DatagramPacket packet=new DatagramPacket(new byte[ECHOMAX],ECHOMAX);while(true){//2.使用DatagramSocket的receive方法來接收一個DatagramPacket實例。socket.receive(packet);System.out.println("Handling client at "+packet.getAddress().getHostAddress()+" on port "+packet.getPort());socket.send(packet);packet.setLength(ECHOMAX);}}
}
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Java TCP/IP Socket 編程 筆記（四）—發送和接收數據 編程JavaSocket
1.TCP/IP協議要求信息必須在塊（chunk）中發送和接收，而塊的長度必須是8位的倍數，因此，我們可以認為TCP/IP協議中傳輸的信息是字節序列。如何發送和解析信息需要一定的應用程序協議。
2.信息編碼：
??? 首先是Java里對基本整型的處理，發送時，要注意：1）每種數據類型的字節個數；2）這些字節的發送順序是怎樣的？（little-endian還是big-endian）；3）所傳輸的數值是有符號的（signed）還是無符號的（unsigned）。具體編碼時采用位操作（移位和屏蔽）就可以了。具體在Java里，可以采用DataOutputStream類和ByteArrayOutputStream來實現。恢復時可以采用DataInputStream類和ByteArrayInputStream類。
??? 其次，字符串和文本，在一組符號與一組整數之間的映射稱為編碼字符集（coded character set）。發送者與接收者必須在符號與整數的映射方式上達成共識，才能使用文本信息進行通信，最簡單的方法就是定義一個標準字符集。具體編碼時采用String的getBytes()方法。
??? 最后，位操作。如果設置一個特定的設為1，先設置好掩碼(mask)，之后用或操作；要清空特定一位，用與操作。
3.成幀與解析
成幀（framing）技術解決了接收端如何定位消息的首位位置的問題。
如果接收者試圖從套接字中讀取比消息本身更多的字節，將可能發生以下兩種情況之一：如果信道中沒有其他消息，接收者將阻塞等待，同時無法處理接收到的消息；如果發送者也在等待接收端的響應消息，則會形成死鎖（dealock）；另一方面，如果信道中還有其他消息，則接收者會將后面消息的一部分甚至全部讀到第一條消息中去，這將產生一些協議錯誤。因此，在使用TCP套接字時，成幀就是一個非常重要的考慮因素。
有兩個技術：
1. 基于定界符（Delimiter-based）：消息的結束由一個唯一的標記（unique marker）指出，即發送者在傳輸完數據后顯式添加的一個特殊字節序列。這個特殊標記不能在傳輸的數據中出現。幸運的是，填充（stuffing）技術能夠對消息中出現的定界符進行修改，從而使接收者不將其識別為定界符。在接收者掃描定界符時，還能識別出修改過的數據，并在輸出消息中對其進行還原，從而使其與原始消息一致。
2. 顯式長度（Explicit length）：在變長字段或消息前附加一個固定大小的字段，用來指示該字段或消息中包含了多少字節。這種方法要確定消息長度的上限，以確定保存這個長度需要的字節數。
接口：
Java代碼 ?
import ?java.io.IOException; ??import ?java.io.OutputStream; ???? public ?interface ?Framer?{ ??????void ?frameMsg(byte ?[]?message,OutputStream?out)?throws ?IOException; ?? ????byte ?[]?nextMsg()?throws ?IOException; ?? }?? import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;public interface Framer {void frameMsg(byte [] message,OutputStream out) throws IOException;byte [] nextMsg() throws IOException;
}
定界符的方式：
Java代碼 ?
import ?java.io.ByteArrayOutputStream; ??import ?java.io.EOFException; ??import ?java.io.IOException; ??import ?java.io.InputStream; ??import ?java.io.OutputStream; ???? public ?class ?DelimFramer?implements ?Framer?{ ??????private ?InputStream?in;?? ????private ?static ?final ?byte ?DELIMTER=(byte )'\n' ;?? ???? ?? ????public ?DelimFramer(InputStream?in){ ?? ????????this .in=in; ?? ????} ?? ?? ????@Override ????public ?void ?frameMsg(byte []?message,?OutputStream?out)?throws ?IOException?{ ?? ?????????? ????????for (byte ?b:message){ ?? ????????????if (b==DELIMTER) ?? ????????????????throw ?new ?IOException("Message?contains?delimiter" ); ?? ????????} ?? ????????out.write(message); ?? ????????out.write(DELIMTER); ?? ????????out.flush(); ?? ???????? ?? ???????? ?? ????} ?? ?? ????@Override ????public ?byte []?nextMsg()?throws ?IOException?{ ?? ????????ByteArrayOutputStream?messageBuffer=new ?ByteArrayOutputStream(); ?? ????????int ?nextByte; ?? ???????? ?? ????????while ((nextByte=in.read())!=DELIMTER){ ?? ????????????if (nextByte==-1 ????????????????if (messageBuffer.size()==0 ????????????????????return ?null ; ?? ????????????????}else { ?? ????????????????????throw ?new ?EOFException("Non-empty?message?without?delimiter" ); ?? ????????????????} ?? ????????????} ?? ????????????messageBuffer.write(nextByte); ?? ????????} ?? ????????return ?messageBuffer.toByteArray(); ?? ????} ?? }?? import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.EOFException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;public class DelimFramer implements Framer {private InputStream in;//data source;private static final byte DELIMTER=(byte)'\n';//message delimiterpublic DelimFramer(InputStream in){this.in=in;}@Overridepublic void frameMsg(byte[] message, OutputStream out) throws IOException {//ensure that the message dose not contain the delimiterfor(byte b:message){if(b==DELIMTER)throw new IOException("Message contains delimiter");}out.write(message);out.write(DELIMTER);out.flush();}@Overridepublic byte[] nextMsg() throws IOException {ByteArrayOutputStream messageBuffer=new ByteArrayOutputStream();int nextByte;while((nextByte=in.read())!=DELIMTER){if(nextByte==-1){//end of stream?if(messageBuffer.size()==0){return null;}else{throw new EOFException("Non-empty message without delimiter");}}messageBuffer.write(nextByte);}return messageBuffer.toByteArray();}
}
顯式長度方法：
Java代碼 ?
import ?java.io.DataInputStream; ??import ?java.io.EOFException; ??import ?java.io.IOException; ??import ?java.io.InputStream; ??import ?java.io.OutputStream; ???? public ?class ?LengthFramer?implements ?Framer?{ ??????public ?static ?final ?int ?MAXMESSAGELENGTH=65535 ????public ?static ?final ?int ?BYTEMASK=0xff ????public ?static ?final ?int ?SHOTMASK=0xffff ????public ?static ?final ?int ?BYTESHIFT=8 ???? ?? ????private ?DataInputStream?in;?? ???? ?? ????public ?LengthFramer(InputStream?in)?throws ?IOException{ ?? ????????this .in=new ?DataInputStream(in); ?? ????} ?? ?? ????@Override ????public ?void ?frameMsg(byte []?message,?OutputStream?out)?throws ?IOException?{ ?? ????????if (message.length>MAXMESSAGELENGTH){ ?? ????????????throw ?new ?IOException("message?too?long" ); ?? ????????} ?? ???????? ?? ?????????? ????????out.write((message.length>>BYTEMASK)&BYTEMASK); ?? ????????out.write(message.length&BYTEMASK); ?? ?????????? ????????out.write(message); ?? ????????out.flush(); ?? ????} ?? ?? ????@Override ????public ?byte []?nextMsg()?throws ?IOException?{ ?? ????????int ?length; ?? ???????? ?? ????????try { ?? ????????????length=in.readUnsignedShort(); ?? ????????}catch (EOFException?e){ ?? ???????????? ?? ????????????return ?null ; ?? ????????} ?? ?????????? ????????byte ?[]?msg=new ?byte [length]; ?? ????????in.readFully(msg);?? ????????return ?msg; ?? ????} ?? }??
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總結
以上是生活随笔 為你收集整理的Java TCP/IP Socket 编程 笔记 的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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