Java EE(12)——网络编程——UDP/TCP回显服务器_java udp

前言

本文主要介绍UDP和TCP相关的API，并且基于这两套API实现回显服务器

UDP和TCP

UDP和TCP属于网络五层模型中传输层的协议
特点：
UDP：无连接，不可靠，面向数据包，全双工
TCP：有连接，可靠，面向字节流，全双工
1.无连接和有连接
这里所说的连接不是指物理意义上的通过实物来进行绑定，而是虚拟的连接。举个例子，你打电话给对方，对方接通之后你才能进行后续通信，这就是有连接；无连接就相当于QQ发消息，无论对方是否同意，消息都能发过去
2.可靠和不可靠
不论是哪种通信方式，实际上都无法保证数据一定能传输成功。所以，这里的可靠指的是，能获取到数据的传输情况。即使传输失败了我能知道它传输失败了，重传就是了；不可靠指的是信息传输之后就不管了，传输成功与否都和我无关，更不会重传
3.全双工和半双工
全双工通信允许通信的双方可以同时发送和接收数据，半双工通信同一时间内只能在同一方向上传输

什么是回显服务器

回显的意思是无论客户端给服务器发送什么请求，服务器会把客户端的请求原样返回

1.UCP回显服务器

1.1API介绍

Java中UDP协议的API有两个，一个是DatagramSocket，一个是DatagramPacket

1.1.1DatagramSocket类

作用：用于应用程序之间发送和接收UDP数据报
构造方法：

//不指定端口号，由系统随机分配DatagramSocket()//指定端口号DatagramSocket(int port)

其他方法：

//接收一个数据报receive(DatagramPacket p)//发送一个数据报send(DatagramPacket p)

1.1.2DatagramPacket类

作用：封装UDP数据报的数据和目标地址信息。它包含要发送的数据，目的主机的端口号和IP地址
构造方法：

//字节数组，字节数组长度，服务器IP，服务器端口号//这是传入的IP地址和端口号是固定值，因为服务器的IP和端口号一般不变//所以作为DatagramSocket类的send方法的参数，用于客户端向服务器发送请求DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address, int port)//字节数组，字节数组长度//这个和上面有所不同，主要用于服务器向客户端返回请求//一会代码再具体讲解DatagramPacket(byte buf[], int length, SocketAddress address)//字节数组，字节数组长度//作为DatagramSocket类的receive方法的参数，用于客户端接收服务器的响应 或者 用于服务器接收客户端的请求DatagramPacket(byte buf[], int length)

1.2UDP回显服务器代码

import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.SocketException;public class EchoSever { private final DatagramSocket socket; //传入端口号 public EchoSever(int port) throws SocketException { socket = new DatagramSocket(port); } //启动服务器 public void start() throws IOException { System.out.println(\"服务器启动\"); //服务器死循环就行了，想要关闭服务器直接杀进程 while (true) { //1.读取请求并解析 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096); //receive从网卡读取到UDP数据报，载荷部分放到byte数组里 //UDP报头存放在requestPacket其他属性里 //还能通过requestPacket知道源IP/端口 //receive具有阻塞功能 socket.receive(requestPacket); //将接收到的字节数组转换为字符串 //requestPacket.getLength()得到的长度是有效长度，不一定是4096 String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength()); //2.根据请求计算相应(回显服务器啥都不用做) String response = process(request); //3.返回响应到客户端 //response.getBytes()得到String内部的字节数组 //当String里面全都是英文字符的时候，response.length()是可以的 //因为一个英文字母对于一个字节，但是一个汉字对应多个字节 //requestPacket.getSocketAddress()找到对应客户端的IP和端口号 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),  response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress()); socket.send(responsePacket); //打印日志 //IP,端口号,请求,响应 System.out.printf(\"[%s:%d] request:%s,response:%s\\n\",requestPacket.getAddress().toString(),  responsePacket.getPort(),request,response); } } //根据请求计算相应 public String process(String request){ return request; } // public static void main(String[] args) throws IOException { EchoSever sever = new EchoSever(9090); sever.start(); }}

注意1：DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
因为requestPacket数据报保存了客户端的IP地址和端口号，所以通过getSocketAddress()能获取到客户端的IP地址和端口号
//
其次，客户端的IP地址和端口号是系统随机分配的，而且服务器会同时处理多个客户端请求，这些客户端的IP和端口号都不一样，通过getSocketAddress()才能正确的找到对应客户端，而不是输入固定的IP和端口号
//
这就是为什么该方法用于服务器返回客户端的响应，而DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address, int port)用于客户端向服务器发送请求
//
对比两个方法不难发现，前者获取到的IP和端口号是不固定的，而后者是指定IP和端口号
注意2：为什么服务器要指定端口号？而客户端的端口号是随机分配？
讲服务器比作餐厅，客户端比作顾客。顾客来餐厅吃饭，坐的桌子就相当于端口号，顾客今天坐001号桌，改天坐002号桌，人家乐意坐哪就坐那；但是餐厅的位置肯定是固定的，不可能今天餐厅在河边，明天餐厅就跑到半山腰去了吗，餐厅的位置不能改变，否则顾客找不到餐厅的位置

1.2UDP客户端代码

import java.io.IOException;import java.net.*;import java.util.Scanner;public class EchoClient { private final DatagramSocket socket; //这里的IP是String private final String severIP; private final int severPort; //传入服务器IP和端口 public EchoClient(String severIP,int severPort) throws SocketException { this.socket = new DatagramSocket(); this.severIP = severIP; this.severPort = severPort; } //启动客户端 public void start() throws IOException { System.out.println(\"客户端启动\"); Scanner in = new Scanner(System.in); while (true){ //提示用户要输入请求了 System.out.print(\"-> \"); //1.从控制台读取要发送的请求数据 //在用户输入之前有阻塞效果 if (!in.hasNext()){ break; } String request = in.next(); //2.请求并发送 //字节数组，字节数组长度，服务器IP，服务器端口号 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,  InetAddress.getByName(severIP),severPort); socket.send(requestPacket); //3.读取服务器返回的响应 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096); socket.receive(responsePacket); //4.将响应打印到控制台 String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength()); System.out.println(response); } } // public static void main(String[] args) throws IOException { EchoClient client = new EchoClient(\"127.0.0.1\",9090); client.start(); }}

2.TCP回显服务器

2.1API介绍

Java中TCP协议的API有两个，一个是SeverSocket，一个是Socket

2.1.1SeverSocket类

作用：用于服务器监听来自客户端的TCP连接请求
构造方法：

//不指定端口号，由系统随机分配ServerSocket()//指定端口号ServerSocket(int port)

其他方法：

//监听并接受客户端传入的连接请求。此方法有阻塞效果，直到有客户端连接Socket accept():

2.1.2Socket类

作用：主要用于客户端和服务器之间建立TCP连接
构造方法：

//通过传入IP和端口号连接到指定的主机(服务器)Socket(String host, int port)

其他方法：

//返回此套接字(实例)的输入流，用于接收数据getInputStream()//返回此套接字(实例)的输出流，用于发送数据getOutputStream()

2.1TCP回显服务器代码

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;public class TCPEchoSever { private final ServerSocket socket; // public TCPEchoSever(int port) throws IOException { socket = new ServerSocket(port); } //启动服务器 private void start() throws IOException { System.out.println(\"服务器启动\"); while (true){ //将服务器和客户端连接 //accept()有阻塞效果，等待客户端建立联系 Socket clientSocket = socket.accept(); //每与一个客户端建立连接，都创建一个线程来执行客户端的请求 Thread thread = new Thread(()->{ //服务器和客户端交互 try {  processConnection(clientSocket); } catch (IOException e) {  throw new RuntimeException(e); } }); thread.start(); } } // public void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException { System.out.printf(\"[%s:%d] 服务器上线\\n\",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort()); //inputStream从网卡读数据 try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream(); //OutputStream往网卡写数据 OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) { //从网卡读数据 //byte[] array = new byte[1024];int ret = inputStream.read(array); PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); Scanner scanner = new Scanner(inputStream); while (true){ //读取完毕，当客户端下线的时候产生 //在用户输入之前，hasNext()有阻塞效果 //当客户端断开连接时，scanner.hasNext()返回false并中断循环 if (!scanner.hasNext()){  System.out.printf(\"[%s:%d] 客户端下线\\n\",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());  break; } //1.读取请求并解析 //用户传过来的请求必须带有空白符，没有的话就会阻塞 String request = scanner.next(); //2.计算响应 String response = process(request); //3.返回响应 //outputStream.write(response.getBytes(),0,response.getBytes().length);//这个方式不方便添加空白符 //通过PrintWriter来封装outputStream //添加\\n printWriter.println(response); //刷新缓冲区 printWriter.flush(); //打印日志 System.out.printf(\"[%s:%d] request:%s,response:%s\\n\",clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort(),request,response); } } catch (IOException e) { throw new RuntimeException(e); }finally { clientSocket.close(); } } //计算响应 private String process(String request) { return request; } // public static void main(String[] args) throws IOException { TCPEchoSever sever = new TCPEchoSever(9090); sever.start(); }}

注意：为什么要调用clientSocket.close()？
因为每和一个客户端连接都会创建一个clientSocket套接字，它负责和客户端交互，即便客户端进程终止了，客户端的socket会被操作系统回收，但服务器中的clientSocket仍然会占用文件描述符和内存资源。当文件资源耗尽时，就无法与新的客户端建立连接

2.2TCP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 TCPEchoClient { private final Socket socket; public TCPEchoClient(String severIp,int port) throws IOException { //与服务器建立联系 socket = new Socket(severIp,port); } // public void start(){ System.out.println(\"客户端启动\"); try(InputStream inputStream = socket.getInputStream(); OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) { //读取控制台 Scanner scannerConsole = new Scanner(System.in); Scanner scannerNetWork = new Scanner(inputStream); PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream); while (true){ System.out.print(\"->\"); //在用户输入之前，hasNext()有阻塞效果 if (!scannerConsole.hasNext()){  break; } //1.从控制台输入请求 String request = scannerConsole.next(); //2.发送请求 //让请求的结尾有\\n printWriter.println(request); //刷新缓冲区 printWriter.flush(); //3.从服务器读取响应 String response = scannerNetWork.next(); //4.将响应打印到控制台 System.out.println(response); } } catch (IOException e) { throw new RuntimeException(e); } } // public static void main(String[] args) throws IOException { TCPEchoClient client = new TCPEchoClient(\"127.0.0.1\",9090); client.start(); }}