Java基础之UDP协议和TCP协议简介及简单案例的实现

2019-08-09 00:00:00 简单协议案例

写在前面的废话：马上要找工作了，做了一年的.net ,到要找工作了发现没几个大公司招聘.net工程师，真是坑爹呀。哎，java就java吧，咱从头开始学呗，啥也不说了，玩命撸吧，我真可怜啊。

摘要：

本片记载刚刚学习的网络编程的内容，网络编程也称 Socket 编程、套接字编程。

什么是Socket？

用于描述ip地址和端口，是一个通信链的Handle。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务，每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket就是为了网络编程提供的一种机制，通信的两端都有socket，网络通信其实就是socket间的通信，数据在两个socket之间通过 IO 传输。（摘自黑马视频ppt）.

网络通信的三要素：

IP地址：

网络中设备的标识，也可以用主机名识别，但ip地址唯一，主机名不唯一；

端口号：

用于标识进程的逻辑地址，是不同进程的标识；

传输协议：

也即通信的规则，常见的协议由 UDP 协议和 TCP协议；

UDP协议和TCP协议

（1）UDP

UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据报的方法（百度百科截取）。

百度上讲的有点复杂，不太容易懂，比较通俗的说法就是：UDP协议会把数据打包，然后扔给目标地址，但是这个包能不能扔的到目标机器上，就不管了，udp就只管扔。

所以这种通信协议的优缺点很明显了，优点就是：速度快，效率高；缺点就是：安全性低，容易丢包；

(2)TCP

传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议（摘自百度百科）。

通俗说法：tcp协议只在已经确定通信双方都能联系上对方的时候才能进行通信:

　　　　　使用tcp协议时要先建立连接；

　　　　　建立连接的过程：三次握手，如下图，

《Java基础之UDP协议和TCP协议简介及简单案例的实现》

UDP协议的简单使用

发送数据流程

创建发送端socket对象；
提供数据，并将数据封装到数据包中；
通过socket服务的发送功能，将数据包发出去；
释放资源；

接收数据流程

创建接收端socket对象；
接收数据；
解析数据；
输出数据；
释放资源；

一个案例：

创建两个控制台程序模拟发送端和接收端，使用udp发送端发送数据，接收端接收数据。

发送端：

SendDemo.java

package com.cherish.Socket;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
/*
 * 使用UDP协议发送数据
 *         创建发送端Socket对象
 *         创建数据并打包
 *         发送数据
 *         释放资源
 * 
 * DatagramSocket:此类表示用来发送和接受数据，基于UDP协议
 * 
 * DatagramSocket():
 * DatagramSocket(int port):
 * */
public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建发送端Socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //创建数据并打包  DatagramPacket表示数据包
        //数据 byte[] 设备地址ip 进程的地址 ：端口号
        String s = "hello udp,i m coming";
        byte[] bys = s.getBytes();
        int length = bys.length; 
        InetAddress address = InetAddress.getByName("acer-pc");
        int port = 8888;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, length, address,port);
        //发送数据
        ds.send(dp);
        //释放资源
        ds.close();
        
    }
}

接收端:

ReceiveDemo.java

package com.cherish.Socket;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

/*
 * 使用UDP协议接受对象：
 *     创建接收端Socket对象
 *     接受数据
 *  解析数据
 *  输出数据
 *  释放资源
 * */
public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建接收端Socket对象,此处的端口号要跟发送端一致
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
        //接收数据
        byte[] bys = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);
        System.out.println("接受前");
        ds.receive(dp);
        System.out.println("接收后");
        //解析数据
        //InetAddress getAddress()
        InetAddress address = dp.getAddress();
        //byte[] getData
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        //输出数据
        System.out.println("sender ----"+address.getHostAddress());
        System.out.println(new String(data));        
    }

}

运行结果：
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说明：

（1）DatagramSocket类

DatagramSocket() ：创建实例，通常用于客户端编程，他并没有特定的监听端口，仅仅使用一个临时的。
DatagramSocket(int port) ：创建实例，并固定监听Port端口的报文。
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) ：这是个非常有用的构建器，当一台机器拥有多于一个IP地址的时候，由它创建的实例仅仅接收来自LocalAddr的报文。
DatagramSocket(SocketAddress bindaddr) ：bindaddr对象中指定了端口和地址。

常用方法:

receive(DatagramPacket p) :接收数据报文到p中。receive方法是阻塞的，如果没有接收到数据报包的话就会阻塞在哪里。
send(DatagramPacket p) :发送报文p到目的地。
setSoTimeout(int timeout) :设置超时时间，单位为毫秒。
close() :关闭DatagramSocket。在应用程序退出的时候，通常会主动的释放资源，关闭Socket，但是由于异常的退出可能造成资源无法回收。所以应该在程序完成的时候，主动使用此方法关闭Socket，或在捕获到异常后关闭Socket。

（2）DatagramPacket类

DatagramPacket类用于处理报文，将字节数组、目标地址、目标端口等数据包装成报文或者将报文拆卸成字节数组。

DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress addr, int port) ：从buf字节数组中取出offset开始的、length长的数据创建数据对象，目标地址是addr，目标端口是port；
DatagramPacket(byte buf[], int offset, int length, SocketAddress address) ：从buf字节数组中取出offset开始的、length长的数据创建数据对象，目标地址是address；

常用方法：

getData() byte[] ：从实例中取得报文中的字节数组编码。

setData(byte[] buf, int offset, int length)：设置数据报包中的数据内容

TCP协议的简单使用

tcp客户端发送数据流程：

创建发送端Socket对象（创建连接），Tcp的Socket对象与Udp的有所不同，需注意；
获取输出流对象；
发送数据；
释放资源；

tcp服务端接收数据流程：

创建接收端Socket对象；
监听（阻塞）:如果建立连接失败，程序会卡在这里，不往下执行；
获取输入流对象；
获取数据；
输出数据；
释放资源；

案例一：客户端发送数据，服务端接收数据；

ClietDemo.java:

package com.cherish.Socket;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * 使用tcp协议发送数据
 *         创建发送端Socket对象（创建连接）
 *         获取输出流对象
 *         发送数据
 *         释放资源
 * */
public class TcpClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        //创建发送端Socket对象（创建连接）
        Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("acer-pc"),8886); 
        //获取输出流对象
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        //发送数据
        String str = "hello tcp , i m coming!";
        os.write(str.getBytes());
        //释放资源
        s.close();
    }
}

ServerDemo.java:

package com.cherish.Socket;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/*
 * 使用tcp协议接受对象
 *         创建接收端Socket对象
 *         监听（阻塞）:如果建立连接失败，程序会卡在这里，不往下执行
 *         获取输入流对象
 *         获取数据
 *         输出数据
 *         释放资源
 * */
public class TcpServerDemo {
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建接收端Socket对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8886); 
        //监听
        Socket s = ss.accept();
        //获取输入流对象
        InputStream is = s.getInputStream();
        //获取数据
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len; //用于存储读到的字节数
        len = is.read(bys);
        //输出数据
        String client = s.getInetAddress().getHostName();
        System.out.println(client+"发来的数据");
        System.out.println(new String(bys,0,len));
        //释放资源
        s.close();
        //ss.close(); //socket对象一般不释放，因为客户端不止一个，可能有多个客户端会发送数据        
    }    
}

运行结果：

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案例二：对案例一进行改进，服务端收到数据后，将数据由小写换成大写，然后返回给客户端：

Client.java:

package com.cherish.Socket.TcpDemo_2;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建发送端socket对象
        Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("acer-pc"),8866);
        //获取输出流对象
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        //写入数据
        String str = "hello tcp ,ahahahah!!!";
        os.write(str.getBytes());
        System.out.println("数据已发送");
        //获取输入流对象
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String backStr = new String(bys,0,len);
        System.out.println(backStr);
        s.close();        
    }
}

Server.java:

package com.cherish.Socket.TcpDemo_2;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务端接收对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8866);
        //监听 来自客户端的连接
        Socket s = ss.accept();
        //获取输入流对象
        InputStream is = s.getInputStream();
        //获取数据
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String str = new String(bys,0,len);
        //输出数据
        System.out.println(str);
        //转换数据
        String upperStr = str.toUpperCase();
        //获取输出流对象
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        //写入数据到流中
        os.write(upperStr.getBytes());
        //释放资源
        s.close();
    }
}

运行结果：

《Java基础之UDP协议和TCP协议简介及简单案例的实现》

案例三：用tcp模拟一个登录功能，tcp客户端输入用户名和密码，然后发送给服务端，服务端根据输入结果返回登录或失败给客户端；

LoginClient.java:

package com.cherish.Socket.LoginCase;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * 模拟用户登录案例
 * */
public class LoginClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端socket对象
        Socket s = new Socket("acer-pc",8885);
        //获取用户名和密码
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        System.out.println("请输入用户名");
        String userName = br.readLine();
        System.out.println("请输入密码");
        String password = br.readLine();        
        //获取输出流对象
        PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
        //写出数据
        out.println(userName);
        out.println(password);
        //获取输入流对象
        BufferedReader serverBr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
        //获取服务端返回的数据
        String backStr = serverBr.readLine();
        System.out.println(backStr);
        //关闭资源    
        s.close();
    }
}

LoginServer.java:

package com.cherish.Socket.LoginCase;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class LoginServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务端socket对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8885);
        //监听
        Socket s = ss.accept();
        //获取输入流对象
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
        //获取用户名和密码
        String userName = br.readLine();
        String password = br.readLine();
        //判断用户名和密码是否正确
        boolean flag = false;
        if (userName.equals("cherish")&&password.equals("123")) {
            flag = true;
        }
        //获取输出流对象
        PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
        //返回判断信息
        if (flag) {
            System.out.println("成功");
            out.println("登录成功");
        }else {
            out.println("登陆失败");
        }
        //释放资源
        s.close();
        //ss.close();//服务端一般不关闭                
    }
}

运行结果：

《Java基础之UDP协议和TCP协议简介及简单案例的实现》

结语：本篇博客根据传智播客基础视频整理，记载比较简单，但大致能演示清楚udp和tcp的区别及其用法。个人学习java才不到4天时间，对于java的一些知识点不能讲解的很清楚，因此代码注释写的不是很详细，见谅见谅！哈哈！

本片博客的代码我上传到百度云盘，需要的可自取：

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