一文搞懂Socket网络编程

🥑 一文搞懂Socket

一、什么是 Socket？

本质上就是两个进程之间的网络通信。其中一个进程必须充当服务器端，它会主动监听某个指定的端口，另一个进程必须充当客户端，它必须主动连接服务器的IP地址和指定端口，如果连接成功，服务器端和客户端就成功地建立了一个TCP连接，双方后续就可以随时发送和接收数据。

因此，当Socket连接成功地在服务器端和客户端之间建立后：

• 对服务器端来说，它的Socket是指定的IP地址和指定的端口号；
• 对客户端来说，它的Socket是它所在计算机的IP地址和一个由操作系统分配的随机端口号。

二、为什么要使用 Socket？有什么作用？

因为仅仅通过IP地址进行通信是不够的，同一台计算机同一时间会运行多个网络应用程序，例如浏览器、QQ、邮件客户端等。当操作系统接收到一个数据包的时候，如果只有IP地址，它没法判断应该发给哪个应用程序，所以，操作系统抽象出Socket接口，每个应用程序需要各自对应到不同的Socket，数据包才能根据Socket正确地发到对应的应用程序。

三、TCP/IP 协议

socket 是基于 tcp/ip 协议上的网络编程，下图描绘了 socket 在 osi 模型中大致的位置

从图上看，socket 抽象层位于传输层和应用层之间，使用tcp/ip中的三次握手、四次挥手进行建立连接、断开连接。

TCP三次握手

客户端想建立连接，发送一个 SYN 包给服务端，服务端收到以后返回一个 SYN 包和 ACK 包，客户端接收到以后，发送 ACK 包到服务端，连接建立。因为这个过程中，发生了三包数据，所以叫三次握手。

四次挥手

客户端与服务端都可发起断开连接，这里距离是客户端主动发起断开连接

第一次挥手：客户端发一包 FIN 包，自身进入断开等待状态 1，表示要断开连接。

第二次挥手：服务端向客户端发送一个 ACK 包，自身进入关闭等待状态，客户端进入等待状态 2，此时客户端还是可以发送消息，服务端可以接收消息。

第三次挥手：服务端发送最终确认 FIN 包，确认是否断开连接，自身进入等待确认状态。

第四次挥手：客户端发送 ACK 包，确认断开连接。自身进入超时等待状态，到时间关闭连接。服务端一旦收到 ACK 包，立即断开连接。「这里客户端进入超时等待状态而不是立马断开连接，是因为怕 ACK 包丢失后，服务端就一直处于等待关闭确认状态了」

Socket 通信

根据socket 接口绘制的，结合下面的代码相互映照的看。

🌵四、实现代码

客户端代码

package com.xiezc.socketdemo.client;  import java.io.*; import java.net.Socket; import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.util.Scanner;  /**  * SocketClient  *  * @author XieZhongCai  * @version v1.0.0  * @description 客户端代码  * @date 2024/3/26 16:17  **/ public class SocketClient {     public static void main(String[] args) throws IOException {         Socket sock = new Socket("localhost", 6666); // 连接指定服务器和端口         try (InputStream input = sock.getInputStream()) {             try (OutputStream output = sock.getOutputStream()) {                 handle(input, output);             }         }         sock.close();         System.out.println("disconnected.");     }      private static void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {         BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));         Scanner scanner = new Scanner(System.in);         System.out.println("[server] " + reader.readLine());         while (true) {             System.out.print(">>> "); // 打印提示             String s = scanner.nextLine(); // 读取一行输入             writer.write(s);             writer.newLine();             writer.flush();             String resp = reader.readLine();             System.out.println("<<< " + resp);             if (resp.equals("bye")) {                 break;             }         }     } } 

创建一个socket 客户端，将输入结果发送出去，同时打印接受的消息，当输入“bye”断开连接

writer.newLine(); 

这里加 newLine()就是加一个换行符，这是跨平台的写法。等效windows下面的writer.write(“\r\n”);

readLine()必须读到一个\n才会返回，两边都要加，如果调用了 flush()之后，消息没有发出，一直在读，可能就是代码里面少了一个换行符。

writer.flush(); 

以流的形式写入数据的时候，并不是一写入就立刻发送到网络，而是先写入内存缓冲区，直到缓冲区满了以后，才会一次性真正发送到网络，这样设计的目的是为了提高传输效率。如果缓冲区的数据很少，而我们又想强制把这些数据发送到网络，就必须调用flush()强制把缓冲区数据发送出去。

服务端代码

package com.xiezc.socketdemo.server;  import java.io.*; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.nio.charset.StandardCharsets;  /**  * SocketServer  *  * @author XieZhongCai  * @version v1.0.0  * @description 服务端代码  * @date 2024/3/26 16:17  **/ public class SocketServer {     public static void main(String[] args) throws IOException {         ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);         System.out.println("server is running...");         for (;;) {             Socket sock = ss.accept();             System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());             Thread t = new Handler(sock);             t.start();         }     } }  class Handler extends Thread {     Socket sock;      public Handler(Socket sock) {         this.sock = sock;     }      @Override     public void run() {         try (InputStream input = this.sock.getInputStream()) {             try (OutputStream output = this.sock.getOutputStream()) {                 handle(input, output);             }         } catch (Exception e) {             try {                 this.sock.close();             } catch (IOException ioe) {             }             System.out.println("client disconnected.");         }     }      private void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {         BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));         writer.write("hello\n");         writer.flush();         for (;;) {             String s = reader.readLine();             if (s.equals("bye")) {                 writer.write("bye\n");                 writer.flush();                 break;             }             writer.write("ok: " + s + "\n");             writer.flush();         }     } }  

创建一个 socket 服务端，当接受到消息的处理方式是返回接受到的消息，如果接收到 bye，返回并且关闭连接。

ServerSocket ss = new ServerSocket(6666); 

服务端指定监听端口，创建一个 Socket 对象，ServerSocket()里面内包含了，Socket()、bind()、listen()方法。

for (;;) {   Socket sock = ss.accept();   System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());   Thread t = new Handler(sock);   t.start(); } 

有新的客户端连接进来，就创建一个线程去处理，可以达到多线程并发处理的效果，但不要像上面显示的创建线程，一定要用线程池去处理。

五、总结

• 服务器端用ServerSocket监听指定端口；
• 客户端使用Socket(InetAddress, port)连接服务器；
• 服务器端用accept()接收连接并返回Socket；
• 双方通过Socket打开InputStream/OutputStream读写数据；
• 服务器端通常使用多线程同时处理多个客户端连接，利用线程池可大幅提升效率；
• flush()用于强制输出缓冲区到网络。

六、参考

[1]. https://blog.csdn.net/fuhanghang/article/details/114528098 (顺其自然)

[2]. https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1305207629676577 (廖雪峰)