1. 什么是网络编程

网络编程是指网络上的主机，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）

只要满足不同的进程就可以进行通信，所以即便是在同一个主机，只要不同的进程，基于网络传输数据，也属于网络编程

2. 网络编程中的基本概念

1）发送端和接收端

在一次网络传输中：

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

收发端： 发送端和接收端两端，简称为收发端

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

2）请求和响应

一般来说，获取一个网络资源时，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

就好比在饭店里点了一碗面

顾客先发起请求：来一碗面

饭店再做出响应：提供一碗面

3）客户端和服务端

服务端： 在常见的网络传输场景下，把 提供服务 的一方进程，称为服务端，可以对外提供服务

客户端： 获取服务 的一方进程，称为客户端

对于服务来说，一般是提供：

• 客户端获取服务资源

• 客户端保存资源到服务端

4）常见的客户端服务端模型

在常见的场景中，客户端是指给用户使用的程序，服务端是指提供用户服务的程序，具体流程如下：

1. 客户端发送请求到服务端
2. 服务端根据请求数据，执行相应的业务处理
3. 服务端返回响应：发送业务处理结果
4. 客户端根据响应数据，展示处理结果

3. Socket 套接字

Socket 套接字时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

1）Socket 的分类

常用的 Socket 套接字有以下两类：

• 流套接字： 使用 TCP 协议

  传输数据基于 IO 流，流式数据的特征就是在 IO 流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送数据，也可以分开多次接收

• 数据报套接字： 使用 UDP 协议

  传输数据是一块一块的，每一块数据必须一次性发送，接受也必须一次性接受，不能分开发送或接收

2）Java 数据报套接字通信模型

UDP 协议具有无连接、面向数据报的特征，即每次传输都是没有建立连接，并且一次发送全部数据，一次接收全部数据

Java 中使用 UDP 协议通信时，主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字，并使用 DatagramPacket 作为发送或者接受的数据报。

具体流程如下：

3）Java 流套接字通信模型

TCP 协议具有有连接、面向字节流的特征，即传输数据之前要先建立连接，并且数据的传输是基于 IO 流的

具体流程如下：

4. UDP 数据报套接字编程

1）DatagramSocket API

DatagramSocket 是 UDP Socket，用于发送和接收 UDP 数据报

构造方法：

实例方法：

2）DatagramPacket API

DatagramPacket 是 UDP Socket 发送和接收的数据报

构造方法：

实例方法：

3）示例

使用 UDP Socket 套接字完成一个简单的翻译小程序

客户端向服务端发起翻译请求，服务端接收到请求后，对请求进行处理，再向客户端做出响应

服务端

服务端接收到请求之后，在我们人为规定的 map 中进行查询，再对客户端做出响应

public class Server {private final static HashMap<String, String> map = new HashMap<>();static {map.put("苹果", "apple");map.put("香蕉", "banana");map.put("梨", "pear");map.put("电脑", "computer");map.put("手机", "phone");}public static void main(String[] args) throws IOException {// 得到 socket 对象，并对其绑定端口号Log.println("服务器开启并且绑定了 8080 端口");DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8080);// 循环接受和处理请求while (true) {// 准备接收数据的容器byte[] buf = new byte[1024];// 包装数据包DatagramPacket received = new DatagramPacket(buf, 0, 1024);// 接收请求Log.println("服务器准备接受请求");socket.receive(received);Log.println("服务器接受到了请求");// 处理请求InetAddress address = received.getAddress();    // 得到发起请求方的 IPLog.println("对方的地址：" + address);int port = received.getPort();      // 得到发起请求方的端口号Log.println("对方的端口：" + port);int length = received.getLength();      // 得到请求中真实有效的数据长度Log.println("真实的数据长度：" + length);byte[] realData = Arrays.copyOf(buf, length);   // 得到请求中真实有效的数据// 将请求数据转换成 StringString request = new String(realData, 0, length, StandardCharsets.UTF_8);Log.println("请求中的数据：\\r\\n" + request);// 人为规定请求和相应的格式// 请求格式必须以 “我是请求：\\r\\n” 开始，以 “\\r\\n” 结束if (!request.startsWith("我是请求：\\r\\n")) {Log.println("请求格式出错");// 请求出错continue;}if (!request.endsWith("\\r\\n")) {Log.println("请求格式出错");// 请求出错continue;}// 得到请求中的英文单词String EnglishWord = request.substring("我是请求：\\r\\n".length(), request.length() - 2);Log.println("请求中的英文单词：" + EnglishWord);// 进行翻译String ChineseWord = map.getOrDefault(EnglishWord, "我不知道");Log.println("翻译后的中文：" + ChineseWord);// 将翻译后的结果进行包装String response = String.format(ChineseWord, "%s\\r\\n");byte[] bytes = response.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);// 包装数据包DatagramPacket send = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, address, port);// 发起响应Log.println("准备发送响应");socket.send(send);Log.println("相应发送成功");}}
}

客户端

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Scanner sc = new Scanner(System.in);DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);while (sc.hasNextLine()) {String str = sc.nextLine();String send = "我是请求：\\r\\n" + str + "\\r\\n";byte[] bytes = send.getBytes();DatagramPacket request = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, InetAddress.getLoopbackAddress(), 8080);socket.send(request);// 接收响应byte[] buf = new byte[1024];DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(buf, 0, 1024);socket.receive(datagramPacket);int n = datagramPacket.getLength();String response = new String(buf, 0, n, StandardCharsets.UTF_8);Log.println(response);}}
}

5. TCP 流套接字编程

1）ServerSocket API

用于创建 TCP 服务端 Socket 的 API

构造方法：

实例方法：

2）Socket API

这里的 Socket 是客户端 Socket，或服务端中接收到客户端连接请求后，accept 方法返回的服务端 Socket

不管是客户端还是服务端 Socket，都是双方建立连接后，保存对端信息，以及用来与对方收发数据的

构造方法：

实例方法：

3）示例

使用 TCP Socket 套接字完成一个简单的翻译小程序

完成的效果和上文 UDP 的小程序效果一样

不过在 TCP 这里有长短连接的区分，所以有两个版本的代码，在长连接版本中加入了并发编程，使得同一个服务端可以被多个客户端所连接

a. 短连接版本

客户端：

public class 短连接版本Client {public static void main(String[] args) throws IOException {for (int i = 0; i < 3; i++) {Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);      // 拨号OutputStream os = socket.getOutputStream();OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(os, "UTF-8");PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);printWriter.printf("我是请求\\r\\n%s\\r\\n", "苹果");printWriter.flush();InputStream is = socket.getInputStream();Scanner scanner = new Scanner(is, "UTF-8");String header = scanner.nextLine();String word = scanner.nextLine();System.out.println(word);socket.close();     // 挂电话}}
}

服务端：

public class 短连接版本Server {private final static HashMap<String, String> map = new HashMap<>();static {map.put("苹果", "apple");map.put("香蕉", "banana");map.put("梨", "pear");map.put("电脑", "computer");map.put("手机", "phone");}public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);while(true) {Log.println("等待客户端建立连接");Socket socket = serverSocket.accept();Log.println("客户端连接成功");InetAddress address = socket.getInetAddress();Log.println("客户端 IP 地址：" + address);int port = socket.getPort();Log.println("客户端端口号：" + port);InputStream is = socket.getInputStream();Scanner sc = new Scanner(is, "UTF-8");String header = sc.nextLine();String EnglishWord = sc.nextLine();Log.println("请求中的英文单词为：" + EnglishWord);String ChineseWord = map.getOrDefault(EnglishWord, "我不知道");Log.println("翻译后的中文为：" + ChineseWord);Log.println("准备响应");OutputStream os = socket.getOutputStream();OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(os);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);printWriter.printf("OK！\\r\\n%s\\t\\n", ChineseWord);printWriter.flush();Log.println("响应成功");socket.close();Log.println("断开连接");}}
}

b. 长连接并发版本

在长连接版本中，必须服务端和客户端同时支持长连接才可以进行通信

如果不清楚长连接和短连接，可以去看看我上篇文章，里面有介绍长连接和短连接，HTTP 和 HTTPS，有介绍 HTTP 的长短连接，实质上就是 TCP 长短连接

客户端：

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Scanner sc = new Scanner(System.in);Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);OutputStream os = socket.getOutputStream();OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(os, StandardCharsets.UTF_8);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);InputStream is = socket.getInputStream();Scanner scanner = new Scanner(is, "UTF-8");while (sc.hasNextLine()) {String str = sc.nextLine();printWriter.printf("我是请求：\\r\\n%s\\r\\n", str);printWriter.flush();// 接收响应String header = scanner.nextLine();String response = scanner.nextLine();Log.println(header + "\\r\\n" + response);}socket.close();}
}

服务端：

public class Server {private final static HashMap<String, String> map = new HashMap<>();static {map.put("苹果", "apple");map.put("香蕉", "banana");map.put("梨", "pear");map.put("电脑", "computer");map.put("手机", "phone");}private final static class ServerTask implements Runnable {private final Socket socket;private ServerTask(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {InetAddress address = socket.getInetAddress();Log.println("客户端 IP 地址为：" + address);int port = socket.getPort();Log.println("客户端端口号为：" + port);try {InputStream is = socket.getInputStream();// 请求格式必须以 “我是请求：\\r\\n” 开始，以 “\\r\\n” 结束Scanner sc = new Scanner(is, "UTF-8");// 进行响应OutputStream os = socket.getOutputStream();OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(os, StandardCharsets.UTF_8);PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);while (sc.hasNextLine()) {String header = sc.nextLine();String EnglishWord = sc.nextLine();Log.println("请求中的词为：" + EnglishWord);// 对请求进行处理String ChineseWord = map.getOrDefault(EnglishWord, "我不知道");Log.println("翻译后的词：" + ChineseWord);Log.println("准备发起响应");printWriter.printf("OK！\\r\\n%s\\r\\n", ChineseWord);printWriter.flush();Log.println("响应成功");}socket.close();Log.println("连接已关闭");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) throws IOException {// 使用多线程完成多用户同时在线的功能ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);Log.println("绑定端口到 8080");while (true) {Log.println("等待客户端连接");Socket socket = serverSocket.accept();Log.println("客户端连接成功");ServerTask serverTask = new ServerTask(socket);threadPool.execute(serverTask);}}
}

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