网络编程--TCP/UDP Socket套接字
网络编程
程序员主要操作应用层和传输层来实现网络编程，也就是自己写一个程序，让这个程序可以使用网络来通信，这个程序属于应用层，实现通讯就需要获取到传输层提供的服务
这就需要使用传输层提供的api
UDP: 无连接，不可靠传输，面向数据报，全双工
TCP: 有连接，可靠传输，面向字节流，全双工
接下来介绍着四个点↓
连接
这里的连接是个抽象的概念
比如两个人领证了才算结婚，这时候就相当于把两个人连接起来了，但是这个连接不是拿绳子拴着，是通过过结婚证那个小本本来把两个人连接起来的（一对一）
客户端和服务器之间，使用这个小本本（内存）保存对应的端口号的信息，双方都保存了这个信息，此时“连接”就出现了,TCP是有连接的，也是基于这种方式实现的
这里最大的区别在于，一个客户可以连接多个服务器，一个服务器也可以多对应多个客户（多对多）（比如一个人可以去多个餐馆买今天的晚饭，一个餐馆也可以接待多个客人）
可靠传输
可靠传输不是说的是 A给B发的消息百分百能到，而是，A尽可能的把消息传给B，并且在传输失败的时候，A能感知到，或者在传输成功的时候，也能知道自己传输成功了
有舍才有得，既然TCP是可靠传输，那么它的传输效率就降低了有人会问了，既然TCP是可靠传输，UDP是不可靠的，那么TCP是不是比UDP安全呢？
当然不是！！！可靠不等于安全！！！
“网络安全”指的是你传输的数据是否容易被黑客或其他有心之人截获，以及如果截获后是否会泄露一些重要信息
面向字节流和面向数据报
TCP是面向字节流，它的字节流和文件操作类似，都是“流”式的（由于这里传输的单位是字节，所以称为字节流）跟水流一样，假如通过tcp读写100字节的数据，可以一次读写100字节，也可以一次读写50字节，分两次，还可以一次读写10字节，分10次
UDP是面向数据报，UDP读写的基本单位，是一个UDP数据报，这个数据报包含了一系列的数据和属性
全双工和半双工
全双工，一个通道，可以双向通信
半双工，一个通道，只能单向通信
网线就是全双工呢，一根网线包含八根铜缆，一组里面有的负责这个方向，有的负责那个方向
为什么需要网络编程？
用户在浏览器中，打开在线视频网站，如爱奇艺看视频，实质是通过网络，获取到网络上的一个视频资源。与本地打开视频文件类似，只是视频文件这个资源的来源是网络。相比本地资源来说，网络提供了更为丰富的网络资源，所谓的网络资源，其实就是在网络中可以获取的各种数据资源。而所有的网络资源，都是通过网络编程来进行数据传输的。你现在所看的这篇博客也是网络传输的资源
什么是网络编程？
网络编程，指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信（或称为网络数据传输）。当然，我们只要满足进程不同就行；所以即便是同一个主机，只要是不同进程，基于网络来传输数据，也属于网络编程。特殊的，对于开发来说，在条件有限的情况下，一般也都是在一个主机中运行多个进程来完成网络编程。但是，我们一定要明确，我们的目的是提供网络上不同主机，基于网络来传输数据资源：
进程A：编程来获取网络资源 (客户端)
进程B：编程来提供网络资源 (服务端)
网络编程中的基本概念
发送端和接收端
在一次网络数据传输时：
发送端：数据的发送方进程，称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机。
接收端：数据的接收方进程，称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机。
注意：发送端和接收端只是相对的，只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念。
请求和响应
一般来说，获取一个网络资源，涉及到两次网络数据传输：
第一次：请求数据的发送
第二次：响应数据的发送。
请求数据先由客户端发送给服务器，响应经过服务器的处理再返回客户端
服务端和客户端
服务端：在常见的网络数据传输场景下，把提供服务的一方进程，称为服务端，可以提供对外服务。
客户端：获取服务的一方进程，称为客户端。
常见的客户端服务端模型
最常见的场景，客户端是指给用户使用的程序，服务端是提供用户服务的程序：
- 客户端先发送请求到服务端
- 服务端根据请求数据，执行相应的业务处理
- 服务端返回响应：发送业务处理结果
- 客户端根据响应数据，展示处理结果（展示获取的资源，或提示保存资源的处理结果）
Socket套接字
什么是套接字？
Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程
分类
Socket套接字主要针对传输层协议划分为如下三类
流套接字：使用传输层TCP协议TCP，即Transmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议
数据报套接字：使用传输层UDP协议UDP，即User Datagram Protocol（用户数据报协议），传输层协议
原始套接字：原始套接字用于自定义传输层协议，用于读写内核没有处理的IP协议数据.(用的较少)
UDP数据报套接字编程
DatagramSocket API
这个类是一个Socket对象（基于UDP协议）
操作系统使用文件这样的概念来管理一些软硬件资源，同样的操作系统也是用文件的方式来管理网卡的，表示网卡这类的文件称为Socket文件。（假如你把键盘插入到电脑上，操作系统也认为是一个键盘文件）java中Socket对象来表示系统的Socket文件，系统的Socket文件来表示网卡，最终还是要落到网卡身上，毕竟进行网络通信，绕不开网卡这样的设备，因此要想进行网络通信，必须要有Socket对象，Socket对象关联Socket文件，Socket文件关联网卡，最终通过网卡来使我们实现网络通讯，来实现发送数据和接收数据
客户端使用系统分配的端口号原因可能是客户端像发送程序2的请求，但是如果你想手动指定一个18号端口，可能这个端口会被程序1占着呢，对于服务器来说，手动设定一个固定窗口，方便其他客户找到
receive相当于读，send相当于写
DatagramPacket API
这个类表示了一个UDP数据报，是UDPSocket发送和接收的数据报。代表了系统中设定的UDP数据报的二进制结构
构造UDP发送的数据报时，需要传入SocketAddress ，该对象可以使用 InetSocketAddress 来创建。
回显服务器（echo server）
回显服务器是一个最简单的服务器，也就是客户端发啥，服务器返回啥，没有经过服务器的复杂的逻辑运算(企业中这里是重中之重)
服务器代码
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 {// 创建一个 DatagramSocket 对象，用于发送和接收 UDP 数据报//指定一个固定端口号， 让服务器来使用socket = new DatagramSocket(port);}public void start() throws IOException {//启动服务器System.out.println("服务器启动成功： ");// 循环接收数据报while (true) {//循环一次就相当于处理了一次请求//处理请求的过程，典型的服务器都分成三个步骤：//1.读取请求并解析// DatagramPacket 表示一个 UDP 数据报， 此处传入的字节数组，就保存UDP的载荷部分DatagramPacket requestPackage = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(requestPackage);//把读取的二进制数据 转换成字符串 只构造有效部分String request = new String(requestPackage.getData(), 0, requestPackage.getLength());//2.根据请求 计算响应(服务器关键逻辑)//此处是写的是回显(Echo)服务器， 这个处理环节就相当于省略了String response = process(request);//用方法封装处理逻辑//3.发送响应到客户端//根据response构造一个新的 DatagramPacket包， 并发送给客户端//此处不能使用response.getlength()，因为response可能包含中文字符，会导致长度不一致，导致发送失败(因为长度不匹配)DatagramPacket responsePackage = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,requestPackage.getSocketAddress());//或的端口号和IP地址//此处不能直接发送 UDP协议自身没有保存对方的地址信息和端口号(不知道发给谁)//需要指定的目的ip和端口号socket.send(responsePackage);//4.打印一个日志System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resq: %s\n", requestPackage.getAddress().toString(), requestPackage.getPort(),request, response);}}public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer udpEchoServer = new UdpEchoServer(9090);udpEchoServer.start();}
}
客户端代码
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class UdpEchoClient {private DatagramSocket socket = null;//UDP不保存对端的信息,就需要自己的代码中保存一下private String serverIp;private int serverPort;public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {this.serverIp = serverIp;this.serverPort = serverPort;socket = new DatagramSocket();}public void start() throws IOException{Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {//1，从控制台中读取用户输入的内容System.out.println("请输入要发送的内容： ");if (!scanner.hasNext()) {break;}String request = scanner.next();//2.把请求发送给服务器， 需要构造出DatagramPacket对象，包含请求内容和服务器的地址和端口DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);//3.发送请求socket.send(requestPacket);//4.接收服务器的响应DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(responsePacket);//5.从服务器读取的数据进行解析, 打印出来String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);//“127.0.0.1”是本机IP地址 是一个特殊的IP地址，它表示本机回环地址，它唯一的作用就是作为一个本地地址来使用 类似于this的作用//无论主机的ip是多少都可以用回环地址来表示本机的ipudpEchoClient.start();}}
127.0.0.1指的是本机IP
执行流程↓
TCP流套接字编程
tcp是面向字节流的，是一个字节一个字节进行传输的，一个tcp数据报，就是一个字节数组（byte[]），因此并不像udp一样，需要一个特定的类来代表tcp字节流
ServerSocket API
ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。 是给服务器用的
Socket API
服务器和客户端都可以用
Socket 是客户端Socket，或服务端中接收到客户端建立连接（accept方法）的请求后，返回的服务端Socket。
不管是客户端还是服务端Socket，都是双方建立连接以后，保存的对端信息，及用来与对方收发数据的。
回显服务器
服务器代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket = null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket = new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动");//这种情况一般不会使用 fixedThreadPool 意味着同时处理的客户端连接数目就固定了 企业级会有上千万甚至亿的客户端来访问ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();while (true) {//tcp来说，需要先处理客户端发来的请求//通过写clientSocket 和客户端进行通信//如果没有客户端发来连接，则会一直阻塞在accept()方法上Socket clientSocket = serverSocket.accept();//将任务提交给线程池executorService.submit(() -> {procrssConnection(clientSocket);});}}private void procrssConnection(Socket clientSocket) {System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){//针对InputStream套了个Scanner，可以方便的读取请求//作用就是从输入流中读取数据，并按行分割Scanner scanner = new Scanner(inputStream);//针对OutputStream套了个PrintWriter，可以方便的发送响应//作用就是把数据写到输出流中，并刷新缓冲区PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);//分成三步骤while (true) {//1.读取请求并解析，可以直接read，也可以借助scanner来辅助完成if (!scanner.hasNext()) {//连接断开break;}String request = scanner.next();//2.根据请求计算响应String response = process(request);//3.发送响应到客户端//outputStream.write(response.getBytes());printWriter.println(response);printWriter.flush();//打印日志System.out.printf("[%s:%d] req：%s, resp: %s\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(), request, response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {try {//关闭客户端连接//防止多个客户端占满服务器资源clientSocket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}private String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);server.start();}}
客户端代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TcpEchoCilent {private Socket socket = null;public TcpEchoCilent(String serverIp, int serverPort) throws IOException {//直接设置服务器地址和端口socket = new Socket(serverIp, serverPort);}public void start() {try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);//为了使用方便，套壳操作Scanner scannerNet = new Scanner(inputStream);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);while (true) {//1.从控制台读取请求输入String request = scanner.next();//2.发送请求到服务器printWriter.println(request);//刷新缓冲区才是真正的发送数据printWriter.flush();//3.读取服务器返回的响应String response = scannerNet.next();//4。打印到控制台System.out.println(response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoCilent cilent = new TcpEchoCilent("127.0.0.1", 9090);cilent.start();}}