黑马程序员_网络编程TCP/UDP原理及其流程比较（java）

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518android 2013-08-27 18:57:54

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网络编程TCP/UDP原理及其流程比较（java）

使用UDP和使用TCP在程序上还是有很大的区别的。一个比较明显的区别是，UDP的Socket编程是不提供监听功能的，也就是说通信双方更为平等，面对的接口是完全一样的。但是为了用UDP实现C/S结构，在使用UDP时可以使用DatagramSocket.receive()来实现类似于监听的功能。因为receive()是阻塞的函数，当它返回时，缓冲区里已经填满了接受到的一个数据报，并且可以从该数据报得到发送方的各种信息，这一点跟accept()是很相象的，因而可以根据读入的数据报来决定下一步的动作，这就达到了跟网络监听相似的效果。

UDP不连接就send() receive()
TCP需要获得一个OutputStream和InputStream才能读写,在获得流时就等于在建立连接

１网络通讯的协议是开发网络程序的基础。目前最常用的协议是TCP/IP 协议和UDP 协议。而其他的如RMI，SOAP，FTP ，等协议都可以说是构建在这两者之上的。

2 在网络协议的7层模型里，java主要关注的是在传输层的应用，而对于底层的传输，可以不必关心它。而在传输层,TCP，UDP是两种传输数据流的方式。

3 TCP（Tranfer Control Protocol）的缩写，是一种面向连接的保证传输的协议，在传输数据流前，双方会先建立一条虚拟的通信道。可以很少差错传输数据。

UDP(User DataGram Protocol)的缩写，是一种无连接的协议，使用UDP传输数据时，每个数据段都是一个独立的信息，包括完整的源地址和目的地，在网络上以任何可能的路径传到目的地，因此，能否到达目的地，以及到达目的地的时间和内容的完整性都不能保证。

所以TCP必UDP多了建立连接的时间。相对UDP而言，TCP具有更高的安全性和可靠性。

4TCP协议传输的大小不限制，一旦连接被建立，双方可以按照一定的格式传输大量的数据，而UDP是一个不可靠的协议，大小有限制，每次不能超过64K。

5java的Socket对TCP,UDP都提供了支持。

补充：一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，其中的过程非常复杂，我们这里只做简单、形象的介绍，你只要做到能够理解这个过程即可。我们来看看这三次对话的简单过程:主机A向主机B发出连接请求数据包:“我想给你发数据，可以吗?”，这是第一次对话;主机B向主机A发送同意连接和要求同步(同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作)的数据包:“可以，你什么时候发?”，这是第二次对话;主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步:“我现在就发，你接着吧!”，这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据

A从一个电脑上拷贝资料到另一个电脑上就是使用的TCP协议。

B面向非连接”就是在正式通信前不必与对方先建立连接，不管对方状态就直接发送。现在的手机短信非常相似:你在发短信的时候，只需要输入对方手机号就OK了。UDP适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。

我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的

127.0.0.1是回路地址,用于测试,相当于localhost本机地址,没有网卡,不设DNS都可以访问.

端口地址在0~65535之间,其中0~1023之间的端口是用于一些知名的网络服务和应用,用户的普通网络应用程序应该使用1024以上的端口.

网络应用中基本上都是TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol用户数据报协议),TCP是面向连接的通信协议,UDP是无连接的通信协议.

Socket连接套接字,Java分别为TCP和UDP提供了相应的类,TCP是java.net.ServerSocket(用于服务器端)和java.net.Socket(用于客户端);UDP是java.net.DatagramSocket.

1,Java编写UDP网络程序

1.1,DatagramSocket

DatagramSocket有如下构造方法:
1,DatagramSocket() :构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。
2,DatagramSocket(int port):创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
3,DatagramSocket(int port, InetAddress laddr):创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。即指定网卡发送和接收数据.

如果在创建DatagramSocket对象时,没有指定网卡的IP 地址,在发送数据时,底层驱动程序会自动选择一块网卡去发送,在接收数据时,会接收所有的网卡收到的与端口一致的数据.

发送信息时,可以不指定端口号,接收信息时,要指定端口号,因为要接收指定的数据.

发送数据使用DatagramSocket.send(DatagramPacket p)方法,接收数据使用DatagramSocket.receive(DatagramPacket p)方法.

1.2,DatagramPacket

DatagramPacket类有如下构造方法:
1,DatagramPacket(byte[] buf, int length):构造 DatagramPacket，用来接收长度为length的数据包。
2,DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port):构造数据报包,用来将长度为length的包发送到指定主机上的指定端口号。

接收数据时使用第一次构造方法,发送数据时使用第二种构造方法.

1.3,InetAddress

Java中对IP地址进行包装的类,

DatagramPacket.getAddress()可以获取发送或接收方的IP地址.DatagramPacket.getPort()可以获取发送或接收方的端口.

服务器程序流程（单进程）：

程序初始化
填写本机地址信息
绑定一个固定的端口
收到Client的数据报后进行处理与通信
通信结束后断开连接

客户端程序流程：

程序初始化
填写服务器地址信息
连接服务器
与服务器通信和信息处理
通信结束后断开连接

UDP方式下服务器与客户端程序差别不大，仅第三步不同。

1.4,UDP程序例子

发送程序:
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UdpSend {

public static void main(String[] args) throws Exception {
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
String str = "hello , world!";
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.length(),InetAddress.getByName("192.168.0.105"),3000);
ds.send(dp);
ds.close(); //关闭连接
}
}

接收程序:
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class UdpRecv {
public static void main(String[] args) throws Exception {
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(3000);
byte[] buf = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);
ds.receive(dp);
String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println(str);
System.out.println("IP:" + dp.getAddress().getHostAddress() + ",PORT:" + dp.getPort());
ds.close();
}
}
测试要先运行接收程序,再运行发送程序.如果接收程序没有接收到数据,则会一直阻塞,接收到数据后才会关闭程序.如果网络上没有数据发送过来,接收程序也没有阻塞,通常都是使用了一个已经被占用的端口.

2,Java编写TCP网络程序

2.1,ServerSocket

编写TCP网络服务程序,首先要用到java.net.ServerSocket类用以创建服务器Socket.它的常用构造方法有:
1,ServerSocket(int port):创建绑定到特定端口的服务器套接字。
2,ServerSocket(int port, int backlog):利用指定的backlog(服务器忙时保持连接请求的等待客户数量),创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
3,ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr):使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

2.2,Socket

客户端要与服务器建立连接,必须先创建一个Socket对象,它的常用构造方法有:
1,Socket(String host, int port):创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
2,Socket(InetAddress address, int port):创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
3,Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort):创建一个套接字并将其连接到指定远程端口上的指定远程地址。
4,Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort):创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。

对于通常情况的应用,使用第1个构造方法来创建客户端的Socket对象,并与服务器建立连接,是非常简单和方便的.

服务器端程序调用ServerSocket.accept方法等待客户端的连接请求,一旦accept接收了客户端连接请求,该方法返回一个与该客户端建立了专线连接的Socket对象,不用程序去创建这个Socket对象.建立了连接的两个Socket是以IO流的方式进行数据交换的,Java提供了Socket.getInputStream返回Socket的输入流对象,Socket.getOutputStream返回Socket的输出流对象.

2.3,TCP程序例子的服务器程序:

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

public class TcpServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket ss = new ServerSocket(8000);
Socket s = ss.accept();
InputStream ips = s.getInputStream();
OutputStream ops = s.getOutputStream();
ops.write("hello,World!".getBytes());
byte[] buf = new byte[1024];
int len = ips.read(buf);
System.out.println(new String(buf,0,len));
ips.close();
ops.close();
s.close();
ss.close();
}
}
在这个程序里,创建了一个在8000端口上等待连接的ServerSocket对象,当接收到一个客户的连接请求后,程序从与这个客户建立了连接的Socket对象中获得输入输出流对象,通过输出流首先向客户端发送一串字符,然后通过输入流读取客户端发送过来的信息,并将这些信息打印,然后关闭所有资源.

要先运行服务器程序,然后才能运行

客户端程序,当TCP服务器程序运行到Socket.accpet()方法等待客户连接时,accept方法将阻塞,一直到有客户连接请求到来,该方法才会返回,如果又没有请求到来,又没有发生阻塞,通常都是使用了一个已经被占用的端口.

我们可以使用windows提供的telnet工具在命令行窗口中测试一下服务器程序:命令如下:telnet localhost 8000

可以看到,telnet只要有输入就发送,因此我们如果想要在服务器端一次读多个字符的话,还需要进一步处理,看如下代码:
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TcpServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket ss = new ServerSocket(8000);
Socket s = ss.accept();
InputStream ips = s.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips)); //对InputStream进行包装,增加了缓存
OutputStream ops = s.getOutputStream();
ops.write("hello,World!".getBytes());
System.out.println(br.readLine());
br.close(); //关闭包装类,会自动关闭里面的基类
ops.close();
s.close();
ss.close();
}
}

再次使用telnet工具可以看到,这次可以发送不止一个字符了,按回车键后发送数据到服务器端.

2.4,TCP程序例子改进后的服务器程序:

大多数情况下,服务器端都要服务多个客户端,但一次accept方法调用只接收一个连接,因此,要把accept方法放在一个循环语句中,这样就可以接收多个连接.每个连接的数据交换代码也放在一个循环中,这样才能保证两者可以不停地交换数据.

每个连接的数据交换代码必须放在独立的线程中运行,否则,这在段代码运行期间,就没法执行其他的程序代码,accept方法也得不到调用,新的连接无法进入.

下面是一个例子,客户端向服务器发送一个字符串,服务器将这个字符串中的所有字符反向排列后回送给客户端.客户端输入"quit",退出程序.
import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TcpServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket ss = new ServerSocket(8000);
while(true){
Socket s = ss.accept();
new Thread(new Servicer(s)).start();
}
}
}

class Servicer implements Runnable{
Socket s;
public Servicer(Socket s){
this.s = s;
}
public void run(){
try{
InputStream ips = s.getInputStream();
OutputStream ops = s.getOutputStream();

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ops);
while(true){
String strWord = br.readLine();
if(strWord.equalsIgnoreCase("quit")){
break;
}
String strEcho = (new StringBuffer(strWord).reverse().toString());
dos.writeBytes(strWord + "------->" + strEcho + System.getProperty("line.separator"));
}
br.close();
dos.close();
s.close();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}

2.5,TCP程序例子客户端程序:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

public class TcpClient {
public static void main(String[] args) throws Exception{
if(args.length < 2){
System.out.println("Usage:java TcpClient ServerIP ServerPort");
return ;
}
Socket s = new Socket(InetAddress.getByName(args[0]),Integer.parseInt(args[1]));
InputStream ips = s.getInputStream();
OutputStream ops = s.getOutputStream();
BufferedReader brKey = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ops);
BufferedReader brNet = new BufferedReader(new InputStreamReader(ips));

while(true){
String strWord = brKey.readLine();
dos.writeBytes(strWord + System.getProperty("line.separator"));
if("quit".equalsIgnoreCase(strWord)){
break;
}else{
System.out.println(brNet.readLine());
}
}
dos.close();
brNet.close();
brKey.close();
s.close();
}
}
先运行服务器程序,再在命令行使用java TcpClient 192.168.0.3 8000,这样就启动了客户端程序.我们可以启动多个客户端程序.