JavaSocket网络编程研究

1概述人类社会的出现、形成、发展和进化,离不得通信的发展,从远古时代,人们通过过简单的语言、手势、壁画进行原始通信,到古代社会,人们通过烽火、竹简、书信等方式传递信息,在近代社会,人们通过模拟信号进行电报、电话、电视等进行通信,直到数字信号和计算机网络的兴起,现在人们通过网络来进行更便捷、更低成本的通信,在网络通信上也出现各种各样的通信方式:电邮、QQ、微信、短信等极大地加强了人与人之间的交流,也提高了信息远程流转的效率。

现代计算机通信网络的发展主要经历了4个重要阶段:(1)面向终端的计算机网络,这个阶段的特点是以主机为中心,通过计算机实现与远程终端的数据通信,但是主机与主机之间还没有互联。

(2)多主机互联的计算机网络:这个阶段的特点是若干台计算机相互连接成一个系统,即利用通信线路将多台计算机连接起来,实现了计算机与计算机之间的通信。

在这个阶段诞生了计算机网络上最重要的标准通信协议:TCP/IP协议,创始人是温顿·瑟夫和罗伯特卡恩。

(3)面向标准化的计算机网络:这个阶段的特点是形成了统一标准的网络体系结构,进一步降低了更大规模(不同厂家、地域)主机互联的难度和成本。

(4)全球互联的计算机网络:这个阶段的特点是全球的主机通过因特网连接在一起,所有的主机成为网络中的一个节点。

在上面4个发展阶段中,TCP/IP协议的诞生是现代计算机网络通信飞速发展的基石,下一章讨论基于TCP/IP协议的Socket编程。

2Socket编程打开浏览器浏览网页时,用QQ聊天时或者发送电子邮件时,人们已经在使用基于Socket开发的程序进行网络通信了。

那什么是Socket?Socket的类型有哪些?有哪些基本操作?在Java中Socket编程如何进行?这些都是下文讨论的主要内容。

(1)网络连接:一个网络连接通常包括5个信息:通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。

(2)Socket的基本概念:Socket的英文原义是“孔”或“插座”。

俗称"套接字",用于描述IP地址和端口,是一个网络连接的句柄,物理上表现为网络连接,编程上表现为文件描述符,通常客户端和服务端都可以得到一个网络连接在本端操作系统分配的一个句柄。

(3)Socket类型:根据连接方式的不同,Socket分为数据报Socket和流式Socket,数据报Socket是无连接的Socket,通常基于UDP协议进行通信,流式Socket 是面向连接的Socket,通常采用TCP协议进行通信,重点介绍流式Socket通信。

(4)Socket操作:在Linux中,Socket是一种特殊的文件,既然是文件,那么Socket的基本操作必然和文件的基本操作类似,也就是有打开、关闭、读写等操作接口,这些接口也是Socket的核心操作,除此之外,对于服务端程序,还有侦听和绑定端口等操作,用于指定初始化某个服务端Socket并绑定到对应服务端口进行侦听客户端来的连接请求。

流式Socket通信的基本过程:Socket通信分为3个基本过程:建立连接,数据通信,释放连接。

Java Socket网络编程研究李小林（抚顺市技师学院，辽宁抚顺113123）摘要:介绍了通信发展的历史，重点介绍了网络通信发展的4个阶段，以及网络编程的基石：Socket 的基本概念、类型、过程，并重点研究了Java Socket通信的基本过程，实现了一个客户端-服务端通信程序并对服务端的并发模型进行了优缺点分析。

关键词:网络编程；Socket编程；Java语言收稿日期：2019-01-18402019.042019.04(5)建立连接:建立连接的过程通常称为3次握手,Socket 连接建立成功后,客户端和服务端都处于连接成功状态。

如图1所示,详细过程说明如下:服务端调用Socket 函数,分配得到服务端的侦听套接字。

服务端调用bind 函数,将服务端侦听套接字与本地IP 地址和服务端口(如80)绑定。

服务端调用listen 函数,开始侦听远端连接请求。

服务端调用accept 函数,阻塞等待客户端连接的到来。

客户端调用Socket 函数得到本端的连接句柄,并调用connect 函数连接到远端服务器。

(6)数据通信建立连接后,客户端和服务端都可以发送(调用write 函数)和接收(调用read 函数)数据,发起发送或接收调用后,一般会阻塞等待操作成功。

由于客户端和服务端可以同时收发数据,所以这种通信也称为全双工通信。

(7)释放连接连接的释放可以由服务器或客户端主动发起,通常由客户端发起,图2是客户端发起连接关闭的过程,通常关闭连接需要经过4次握手以确保网络连接在客户端和服务端都关闭成功。

3Java Socket 编程Java 是目前最流行的高级编程语言,所以采用Java进行Socket 编程通信也变得非常重要。

在Java 中进行Socket 编程主要通过Socket 类、ServerSocket 类、Input⁃Stream 类、OutputStream 类完成。

详细的例子如下:客户端基本过程及例子:(1)创建Socket 对象(指定服务器的IP 地址和端口号)并连接到服务器。

(2)获得输出流进行数据发送。

(3)获得输入流进行数据读取。

(4)关闭连接。

import java.io.*;import .*;public class ClientNode{static Socket clientSocket;public static void main(String[]args)throws Exception{clientSocket =new Socket (InetAddress.getLo⁃calHost(),8888);InputStream ist =clientSocket.getInputStream();OutputStream ost =clientSocket.getOutputStream();BufferedReader br =new BufferedReader(newInputStreamReader(ist));PrintWriter out =new PrintWriter(ost);BufferedReader wt =new BufferedReader (new InputStream⁃Reader(System.in));while(true){String content =wt.readLine();out.println(content);//send data out.flush();if(content.equals("byebye")){break;}System.out.println(br.readLine());//read data }clientSocket.close();}}服务端基本过程及例子:服务端通常会和多个客户端建立连接,所以通常会采用多线程和多个客户端进行通信。

(1)服务器端创建ServerSocket,循环调用accep 等待客户端连接。

(2)客户端创建一个Socket 并和服务器端连接。

(3)服务器端接受到客户端连接请求后,分配本地图1图2客户socketconnect (阻塞)(主动打开)connect (返回)SYN J SYN K,ACK J+1ACK K+1服务器Socket,Bind,listen (被动打开)Accept (阻塞)Accept (返回)客户Close (主动关闭)FIN M ACK M+1FIN N ACK N+1服务器(被动关闭)Road 返回0Close(主动关闭)412019.04行向量线用于墙面施工。

4结语本水平仪通过两个呈正交放置的高精度水平传感器实现了对当前平面倾斜程度的精密测量,同时通过闭环控制算法及滑动平均滤波算法,保证了数据的稳定性和实时性,在添加手机APP 后,避免了弯腰读取数据或目测数据所带来的误差,利于日常施工使用。

经过测试,该水平仪数据准确,性能良好,具有很好的应用价值。

参考文献[1]王德利,卫建东,汪冲,等.电子水平仪精度分析与测试[J].测绘工程,2018.[2]马月红,李昆仑.基于STC15单片机的数字式倾角仪应用设计[J].数字技术与应用,2017,(5):9-9.[3]陈玮,徐明铭.基于ARM 内核的数字水平仪设计[J].电脑知识与技术,2010,06(35):10148-10149.[4]孙国峰,胡景春.基于Android 的物联网控制系统的设计与实现[J].微型机与应用,2013,32(1):7-10.[5]李伟,杨伟进,孙二杰,等.基于物联网技术的室内环境智能控制系统设计[J].信息技术与信息化,2015,(2):176-179.通信Socket 并建立一个新线程,后续通过该线程和客户端进行通信。

(4)在服务线程内部,通过服务端本地Socket 和客户端进行通信。

(5)通信完成后,服务端关闭连接,释放线程。

(6)服务端侦听Socket 继续监听新的请求。

import java.io.*;import .*;public class ThreadedSocketServer extends Thread {private Socket localSocket;public ThreadedSocketServer(Socket s){this.localSocket =s;}public void run(){try {InputStream ist =localSocket.getInputStream();OutputStream ost =localSocket.getOutputStream();BufferedReader br =new BufferedReader(newInputStreamReader(ist));PrintWriter out =new PrintWriter(ost);while(true){String data =br.readLine();System.out.println(data);out.println("receive success.");out.flush();if(data.equals("byebye"))break;}localSocket.close();}catch(IOException e){}finally {}}public static void main(String[]args)throws IOExcep⁃tion{ServerSocket server=new ServerSocket(8888);while(true){Socket s =server.accept();ThreadedSocketServer st =new ThreadedSocket⁃Server(s);st.start();}}}服务端程序分析:上述服务端程序开发相对比较简单,也可以同时支持几十个客户端连接,但当连接增加到上百甚至更多时,由于采用的是新开服务线程的模式进行通信,通常会受限于服务器的资源(cpu、内存、磁盘等),从而当连接稍多时,上述服务器模型很快会达到瓶颈,如果想获得更高的服务性能,一个改进思路是采用线程池和排队的方式,减少频繁的线程创建、销毁开销,另一个改进思路是采用epoll 进行IO 多路复用,避免阻塞accept,采用epoll+多线程的模式,一般性能较好的服务器可以支持上千甚至上万的连接。