餐前甜點(diǎn)

Unix的輸入輸出(IO)系統(tǒng)遵循Open-Read-Write-Close這樣的操作范本。當(dāng)一個(gè)用戶進(jìn)程進(jìn)行IO操作之前，它需要調(diào)用Open來指定并獲取待操作文件或設(shè)備讀取或?qū)懭氲臋?quán)限。一旦IO操作對(duì)象被打開，那么這個(gè)用戶進(jìn)程可以對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行一次或多次的讀取或?qū)懭氩僮?。Read操作用來從IO操作對(duì)象讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給用戶進(jìn)程。Write操作用來將用戶進(jìn)程中的數(shù)據(jù)傳遞(寫入)到IO操作對(duì)象。 當(dāng)所有的Read和Write操作結(jié)束之后，用戶進(jìn)程需要調(diào)用Close來通知系統(tǒng)其完成對(duì)IO對(duì)象的使用。

在Unix開始支持進(jìn)程間通信(InterProcess Communication，簡(jiǎn)稱IPC)時(shí)，IPC的接口就設(shè)計(jì)得類似文件IO操作接口。在Unix中，一個(gè)進(jìn)程會(huì)有一套可以進(jìn)行讀取寫入的IO描述符。IO描述符可以是文件，設(shè)備或者是通信通道(socket套接字)。一個(gè)文件描述符由三部分組成：創(chuàng)建(打開socket)，讀取寫入數(shù)據(jù)(接受和發(fā)送到socket)還有銷毀(關(guān)閉socket)。

在Unix系統(tǒng)中，類BSD版本的IPC接口是作為TCP和UDP協(xié)議之上的一層進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。消息的目的地使用socket地址來表示。一個(gè)socket地址是由網(wǎng)絡(luò)地址和端口號(hào)組成的通信標(biāo)識(shí)符。

進(jìn)程間通信操作需要一對(duì)兒socket。進(jìn)程間通信通過在一個(gè)進(jìn)程中的一個(gè)socket與另一個(gè)進(jìn)程中得另一個(gè)socket進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸來完成。當(dāng)一個(gè)消息執(zhí)行發(fā)出后，這個(gè)消息在發(fā)送端的socket中處于排隊(duì)狀態(tài)，直到下層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將這些消息發(fā)送出去。當(dāng)消息到達(dá)接收端的socket后，其也會(huì)處于排隊(duì)狀態(tài)，直到接收端的進(jìn)程對(duì)這條消息進(jìn)行了接收處理。

TCP和UDP通信

關(guān)于socket編程我們有兩種通信協(xié)議可以進(jìn)行選擇。一種是數(shù)據(jù)報(bào)通信，另一種就是流通信。

數(shù)據(jù)報(bào)通信

數(shù)據(jù)報(bào)通信協(xié)議，就是我們常說的UDP(User Data Protocol 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。UDP是一種無連接的協(xié)議，這就意味著我們每次發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，需要同時(shí)發(fā)送本機(jī)的socket描述符和接收端的socket描述符。因此，我們?cè)诿看瓮ㄐ艜r(shí)都需要發(fā)送額外的數(shù)據(jù)。

流通信

流通信協(xié)議，也叫做TCP(Transfer Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)。和UDP不同，TCP是一種基于連接的協(xié)議。在使用流通信之前，我們必須在通信的一對(duì)兒socket之間建立連接。其中一個(gè)socket作為服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)聽連接請(qǐng)求。另一個(gè)則作為客戶端進(jìn)行連接請(qǐng)求。一旦兩個(gè)socket建立好了連接，他們可以單向或雙向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

讀到這里，我們多少有這樣的疑問，我們進(jìn)行socket編程使用UDP還是TCP呢。選擇基于何種協(xié)議的socket編程取決于你的具體的客戶端-服務(wù)器端程序的應(yīng)用場(chǎng)景。下面我們簡(jiǎn)單分析一下TCP和UDP協(xié)議的區(qū)別，或許可以幫助你更好地選擇使用哪種。

在UDP中，每次發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，需要附帶上本機(jī)的socket描述符和接收端的socket描述符。而由于TCP是基于連接的協(xié)議，在通信的socket對(duì)之間需要在通信之前建立連接，因此會(huì)有建立連接這一耗時(shí)存在于TCP協(xié)議的socket編程。

在UDP中，數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)在大小上有64KB的限制。而TCP中也不存在這樣的限制。一旦TCP通信的socket對(duì)建立了連接，他們之間的通信就類似IO流，所有的數(shù)據(jù)會(huì)按照接受時(shí)的順序讀取。

UDP是一種不可靠的協(xié)議，發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)不一定會(huì)按照其發(fā)送順序被接收端的socket接受。然后TCP是一種可靠的協(xié)議。接收端收到的包的順序和包在發(fā)送端的順序是一致的。

簡(jiǎn)而言之，TCP適合于諸如遠(yuǎn)程登錄(rlogin,telnet)和文件傳輸(FTP)這類的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因?yàn)檫@些需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的大小不確定。而UDP相比TCP更加簡(jiǎn)單輕量一些。UDP用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性較高或者丟包不重要的一些服務(wù)。在局域網(wǎng)中UDP的丟包率都相對(duì)比較低。

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Java中的socket編程

下面的部分我將通過一些示例講解一下如何使用socket編寫客戶端和服務(wù)器端的程序。

注意：在接下來的示例中，我將使用基于TCP/IP協(xié)議的socket編程，因?yàn)檫@個(gè)協(xié)議遠(yuǎn)遠(yuǎn)比UDP/IP使用的要廣泛。并且所有的socket相關(guān)的類都位于java.net包下，所以在我們進(jìn)行socket編程時(shí)需要引入這個(gè)包。

客戶端編寫

開啟Socket

如果在客戶端，你需要寫下如下的代碼就可以打開一個(gè)socket。

String host = "127.0.0.1"; int port = 8919; Socket client = new Socket(host, port);

上面代碼中，host即客戶端需要連接的機(jī)器，port就是服務(wù)器端用來監(jiān)聽請(qǐng)求的端口。在選擇端口時(shí)，需要注意一點(diǎn)，就是0~1023這些端口都已經(jīng)被系統(tǒng)預(yù)留了。這些端口為一些常用的服務(wù)所使用，比如郵件，F(xiàn)TP和HTTP。當(dāng)你在編寫服務(wù)器端的代碼，選擇端口時(shí)，請(qǐng)選擇一個(gè)大于1023的端口。

寫入數(shù)據(jù)

接下來就是寫入請(qǐng)求數(shù)據(jù)，我們從客戶端的socket對(duì)象中得到OutputStream對(duì)象，然后寫入數(shù)據(jù)后。很類似文件IO的處理代碼。

public class ClientSocket { public static void main(String args) { String host = "127.0.0.1"; int port = 8919; try { Socket client = new Socket(host, port); Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream); writer.write("Hello From Client"); writer.flush; writer.close; client.close; } catch (IOException e) { e.printStackTrace; } } }

關(guān)閉IO對(duì)象

類似文件IO，在讀寫數(shù)據(jù)完成后，我們需要對(duì)IO對(duì)象進(jìn)行關(guān)閉，以確保資源的正確釋放。

服務(wù)器端編寫

打開服務(wù)器端的socket

int port = 8919; ServerSocket server = new ServerSocket(port); Socket socket = server.accept;

上面的代碼創(chuàng)建了一個(gè)服務(wù)器端的socket，然后調(diào)用accept方法監(jiān)聽并獲取客戶端的請(qǐng)求socket。accept方法是一個(gè)阻塞方法，在服務(wù)器端與客戶端之間建立聯(lián)系之前會(huì)一直等待阻塞。

讀取數(shù)據(jù)

通過上面得到的socket對(duì)象獲取InputStream對(duì)象，然后安裝文件IO一樣讀取數(shù)據(jù)即可。這里我們將內(nèi)容打印出來。

public class ServerClient { public static void main(String args) { int port = 8919; try { ServerSocket server = new ServerSocket(port); Socket socket = server.accept; Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream); char chars = new char[1024]; int len; StringBuilderbuilder = new StringBuilder; while ((len=reader.read(chars)) != -1) { builder.append(new String(chars, 0, len)); } System.out.println("Receive from client message=: " + builder); reader.close; socket.close; server.close; } catch (Exception e) { e.printStackTrace; } } }

關(guān)閉IO對(duì)象

還是不能忘記的，***需要正確地關(guān)閉IO對(duì)象，以確保資源的正確釋放。

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附注一個(gè)例子

這里我們?cè)黾右粋€(gè)例子，使用socket實(shí)現(xiàn)一個(gè)回聲服務(wù)器，就是服務(wù)器會(huì)將客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)傳回給客戶端。代碼很簡(jiǎn)單。

import java.io.*; import java.net.*; public class EchoServer { public static void main(String args) { // declaration section: // declare a server socket and a client socket for the server // declare an input and an output stream ServerSocket echoServer = null; String line; DataInputStream is; PrintStream os; Socket clientSocket = null; // Try to open a server socket on port 9999 // Note that we can't choose a port less than 1023 if we are not // privileged users (root) try { echoServer = new ServerSocket(9999); } catch (IOException e) { System.out.println(e); } // Create a socket object from the ServerSocket to listen and accept // connections. // Open input and output streams try { clientSocket = echoServer.accept; is = new DataInputStream(clientSocket.getInputStream); os = new PrintStream(clientSocket.getOutputStream); // As long as we receive data, echo that data back to the client. while (true) { line = is.readLine; os.println(line); } } catch (IOException e) { System.out.println(e); } } }

編譯運(yùn)行上面的代碼，進(jìn)行如下請(qǐng)求，就可以看到客戶端請(qǐng)求攜帶的數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

15:00 $ curl http://127.0.0.1:9999/?111 GET /?111 HTTP/1.1 User-Agent: curl/7.37.1 Host: 127.0.0.1:9999 Accept: */*總結(jié)

進(jìn)行客戶端-服務(wù)器端編程還是比較有趣的，同時(shí)在Java中進(jìn)行socket編程要比其他語言(如C)要簡(jiǎn)單快速編寫。

java.net這個(gè)包里面包含了很多強(qiáng)大靈活的類供開發(fā)者進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程中，建議使用這個(gè)包下面的API。同時(shí)Sun.*這個(gè)包也包含了很多的網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)的類，但是不建議使用這個(gè)包下面的API，因?yàn)檫@個(gè)包可能會(huì)改變，另外這個(gè)包不能保證在所有的平臺(tái)都有包含。