相关概念
套接字是支持TCP/IP网络通信的基本操作单元。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口。
套接字,是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元,可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点,简单的说就是通信的两方的一种约定,用套接字中的相关函数来完成通信过程。
非常非常简单的举例说明下:Socket=Ip address+ TCP/UDP + port。
每一个基于TCP/IP网络通讯的程序都被赋予了唯一的端口和端口号,端口是一个信息缓冲区,用于保留Socket中的输入/输出信息,端口号是一个16位无符号整数,范围是0-65535,以区别主机上的每一个程序(端口号就像房屋中的房间号),低于256的端口号保留给标准应用程序,比如pop3的端口号就是110,每一个套接字都组合进了IP地址、端口、端口号,这样形成的整体就可以区别每一个套接字。
Berkeley 套接字(也称为BSD 套接字),一个应用程序接口(API,包括了一个用C语言写成的应用程序开发库),主要用于实现进程间通讯。 接口实现用于TCP/IP协议。最初用于Unix系统。
如今,所有的现代操作系统都有一些源于Berkeley套接字接口的实现,它已成为连接Internet的标准接口。
使用Berkeley套接字的系统
- Windows Sockets (Winsock) ,和Berkeley Sockets很相似,最初是为了便于移植Unix程序。
- Java Sockets
- Python sockets
- Perl sockets
套接字API函数
这个列表是一个Berkeley套接字API库提供的函数或者方法的概要:
- socket() 创建一个新的确定类型的套接字,类型用一个整型数值标识(文件描述符),并为它分配系统资源。
- bind() 一般用于服务器端,将一个套接字与一个套接字地址结构相关联,比如,一个指定的本地端口和IP地址。
- listen() 用于服务器端,使一个绑定的TCP套接字进入监听状态。
- connect() 用于客户端,为一个套接字分配一个自由的本地端口号。 如果是TCP套接字的话,它会试图获得一个新的TCP连接。
- accept() 用于服务器端。 它接受一个从远端客户端发出的创建一个新的TCP连接的接入请求,创建一个新的套接字,与该连接相应的套接字地址相关联。
- send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto(), 用于往/从远程套接字发送和接受数据。
- close() 用于系统释放分配给一个套接字的资源。 如果是TCP,连接会被中断。
- gethostbyname()和gethostbyaddr() 用于解析主机名和地址。
- select() 用于修整有如下情况的套接字列表: 准备读,准备写或者是有错误。
- poll() 用于检查套接字的状态。 套接字可以被测试,看是否可以写入、读取或是有错误。
- getsockopt() 用于查询指定的套接字一个特定的套接字选项的当前值。
- setsockopt() 用于为指定的套接字设定一个特定的套接字选项。
socket()
socket() 为通讯创建一个端点,为套接字返回一个文件描述符。 socket() 有三个参数:
- domain 为创建的套接字指定协议集。 例如:
- AF_INET 表示IPv4网络协议
- AF_INET6 表示IPv6
- AF_UNIX 表示本地套接字(使用一个文件)
- type 如下:
- SOCK_STREAM (可靠的面向流服务或流套接字)
- SOCK_DGRAM (数据报文服务或者数据报文套接字)
- SOCK_SEQPACKET (可靠的连续数据包服务)
- SOCK_RAW (在网络层之上的原始协议)
- protocol 指定实际使用的传输协议。 最常见的就是IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_DCCP。这些协议都在<netinet/in.h>中有详细说明。 如果该项为“0”的话,即根据选定的domain和type选择使用缺省协议。
如果发生错误,函数返回值为-1。 否则,函数会返回一个代表新分配的描述符的整数。
原型:int socket(int domain, int type, int protocol);
bind()
bind() 为一个套接字分配地址。当使用socket()创建套接字后,只赋予其所使用的协议,并未分配地址。在接受其它主机的连接前,必须先调用bind()为套接字分配一个地址。bind()有三个参数:
- sockfd, 表示使用bind函数的套接字描述符
- my_addr, 指向sockaddr结构(用于表示所分配地址)的指针
- addrlen, 用socklen_t字段指定了sockaddr结构的长度
如果发生错误,函数返回值为-1,否则为0。
原型int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
listen()
当socket和一个地址绑定之后,listen()函数会开始监听可能的连接请求。然而,这只能在有可靠数据流保证的时候使用,例如:数据类型(SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET)。
listen()函数需要两个参数:
- sockfd, 一个socket的描述符.
- backlog, 一个决定监听队列大小的整数,当有一个连接请求到来,就会进入此监听队列,当队列满后,新的连接请求会返回错误。
一旦连接被接受,返回0表示成功,错误返回-1。
原型:
int listen(int sockfd, int backlog);
accept()
当应用程序监听来自其他主机的面对数据流的连接时,通过事件(比如Unix select()系统调用)通知它。必须用 accept()函数初始化连接。 Accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。它使用如下参数:
- sockfd,监听的套接字描述符
- cliaddr, 指向sockaddr 结构体的指针,客户机地址信息。
- addrlen,指向 socklen_t的指针,确定客户机地址结构体的大小 。
返回新的套接字描述符,出错返回-1。进一步的通信必须通过这个套接字。
Datagram 套接字不要求用accept()处理,因为接收方可能用监听套接字立即处理这个请求。
函数原型:int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
connect()
connect()系统调用为一个套接字设置连接,参数有文件描述符和主机地址。
某些类型的套接字是无连接的,大多数是UDP协议。对于这些套接字,连接时这样的:默认发送和接收数据的主机由给定的地址确定,可以使用 send()和 recv()。 返回-1表示出错,0表示成功。
函数原型:int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
gethostbyname() 和 gethostbyaddr()
gethostbyname() 和 gethostbyaddr()函数是用来解析主机名和地址的。可能会使用DNS服务或者本地主机上的其他解析机制(例如查询/etc/hosts)。返回一个指向 struct hostent的指针,这个结构体描述一个IP主机。函数使用如下参数:
- name 指定主机名。例如 www.wikipedia.org
- addr 指向 struct in_addr的指针,包含主机的地址。
- len 给出 addr的长度,以字节为单位。
- type 指定地址族类型 (比如 AF_INET)。
出错返回NULL指针,可以通过检查 h_errno 来确定是临时错误还是未知主机。正确则返回一个有效的 struct hostent *。
这些函数并不是伯克利套接字严格的组成部分。这些函数可能是过时了,新函数是 getaddrinfo() and getnameinfo(), 这些新函数是基于addrinfo数据结构。
函数原型:struct hostent *gethostbyname(const char *name); struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, int len, int type);
shutdown_fd()
该函数用于关闭输入(读)、输出(写)。
参数:
1.how 流标记,SHUT_RDWR(输出输出流)、SHUT_RD(输入流)、SHUT_WR(输出流)
以上解释来自维基百科和百度百科。
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ServerSocket
服务端与客户端通过Socket进行交互的图示
服务端示例代码
说明:这是一个简单的服务端Socket与客户端Socket交互的示例代码,当客户端请求服务端时,会先从客户端读取数据,然后再往客户端写一段数据。
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import java.io.InputStreamReader; import java.io.OutputStreamWriter; import java.io.Reader; import java.io.Writer; import java.net.Socket;
// Socket客户端简单示例代码 public class Client { // 结束标记 public static String END_MARK = "n"; public static void main(String args[]) throws Exception {
String host = "127.0.0.1"; // 服务端ip地址 int port = 8899; // 服务端的端口号 // 创建Socket与服务端建立连接 Socket client = new Socket(host, port);
// 建立连接后就可以往服务端写数据了 Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()); writer.append("Hello Server"); writer.append(END_MARK); // 结束标记 writer.flush();// 调用flush方法把缓冲区中的数据写出去 // 从服务端读数据 Reader reader = new InputStreamReader(client.getInputStream()); char chars[] = new char[64]; int len; StringBuilder sb = new StringBuilder(); String temp;
int idx = -1; while ((len = reader.read(chars)) != -1) { temp = new String(chars, 0, len); idx = temp.indexOf(END_MARK); //如果遇到结束标记则跳出循环 if ( idx != -1) { sb.append(temp,0,idx); //添加结束标记前的字符串 break; } sb.append(temp); } System.out.println("from server: " + sb); writer.close(); reader.close(); client.close(); } } |
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import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.io.OutputStreamWriter; import java.io.Reader; import java.io.Writer; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors;
// Socket服务端简单示例代码 public class Server {
// 结束标记 public static String END_MARK = "n"; // 线程池 private static ExecutorService threadPool = null;
static { // 线程池 threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); }
public static void main(String args[]) throws IOException { int port = 8899; // 创建一个ServerSocket并监听8899端口 ServerSocket server = new ServerSocket(port); boolean flag = true; while (flag) { // 等待客户端的连接,accept方法是阻塞的 final Socket socket = server.accept(); // 在子线程中处理socket的请求,然后继续等待下一个客户端的连接 threadPool.submit(new Runnable() { @Override public void run() { try { /**************************************************************************************/ /* 这里存在一个问题:客户端断开连接后,但调用socket.isCloseed()返回是还是false。具体原因还不清楚。 * 测试环境:系统(windows7), * 服务端开发工具(Eclipse), * 客户端开发工具(vs2012), * 服务端实现(java) * 客户端实现(c++,Socket实现为winsock)*/ /**************************************************************************************/ // 如果Socket未关闭&&可读&&可写 while (!socket.isClosed() && !socket.isInputShutdown() && !socket.isOutputShutdown()) {
// 连接建立后,从客户端读取数据 Reader reader = new InputStreamReader(socket .getInputStream()); char chars[] = new char[64]; int len; StringBuilder sb = new StringBuilder(); String temp; int idx = -1;
// 读数据 while ((len = reader.read(chars)) != -1) { temp = new String(chars, 0, len); idx = temp.indexOf(END_MARK); // 如果遇到结束标记则跳出循环 if (idx != -1) { sb.append(temp, 0, idx); // 添加结束标记前的字符串 break; } sb.append(temp); } System.out.println("from client: " + sb);
if (sb.length() > 0) { // 往客户端写数据 Writer writer = new OutputStreamWriter(socket .getOutputStream()); // 写数据 writer.append("Hello Client"); writer.append(END_MARK); // 发送结束标记 // 数据是存放在缓冲区,默认只有当缓冲区满时或在close时,数据才会真正发送出去(出于性能考虑),调用flush方法可以立刻把数据发送出去 writer.flush();// 调用flush方法把缓冲区的数据写出去 } else { // 如果没有接收到客户端指令则跳出循环 break; } } socket.close(); } catch (Exception e) { // 这里为了方便,只是简单的把错误信息打印到控制台 e.printStackTrace(); } } }); } server.close(); } } |
使用说明(需要先搭建java开发环境):把上面的代码保存为Server.java文件,使用javac命令编译成Server.class,然后使用java Server命令启动Server。对Client.java进行相同操作,运行Client,然后可以查看服务端Socket和客户端Socket的输出。
正常运行效果图:
我把文件放在了socket目录下
相关异常说明
1.java.net.BindException:Address already in use: JVM_Bind
端口已经被占用了,使用用netstat –ano命令,可以查看到端口使用情况,找出占用了指定端口的进程,打开任务管理器根据进程id把占用了指定端口的进程干掉即可,或者绑定一个没有被占用的端口。
2.java.net.SocketException: Connection reset
连接断开后的读和写操作引起的异常。
3.java.net.SocketException: Software caused connection abort: socket write error
服务端在往客户端写数据过程中,客户端关闭了连接。
SocketClient
SocketClient对通用的BSD Socket进行了简单的面向对象封装,使用起来更简单。【点击下载源码】
过程遇到的两个问题:
问题一:服务端读取客户端数据时如何知道已经达到数据的结尾?
在客户端发送数据的时候添加结束标记,在服务端接收数据的时候判断结束标记,如果读到结束标记则结束数据读取操作。
问题二:在客户端(C++,window系统,使用的winsock)close了socket后,在服务端(java,window系统,Socket)调用socket的isCloseed()还是返回false。
具体原因还不清楚。
接口说明:
-
-
-
- void setServerSocket(const char* address, int port);
-
-
-
- bool send(const char* buff);
-
-
-
-
- bool recv(char* buff, int size);
-
-
-
-
-
- bool request(const char* send_buff, char* recv_buff, int recv_size);
-
-
- void reset();
-
-
- void destory();
下面是调用的示例代码。
-
- SocketClient* m_socketClient = new SocketClient("127.0.0.1",8899);
-
-
- m_socketClient->send("send data test");
-
-
- const int len = 1024;
- char buff[len];
- m_socketClient->recv(buff,len);
- CCLOG("recv data form server: %s",buff);
项目地址
服务端:https://coding.net/u/linchaolong/p/Java_Socket_Test/git
客户端:https://coding.net/u/linchaolong/p/SocketClient/git