java中如何使用tcp探测对方是否能正常返回数据

网络编程

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1.1软件架构

• C/S结构 ：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷等软件。

B/S结构 ：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。网络编程，就是在一定的协议下，实现两台计算机的通信的程序。

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1.2 网络通信协议

• **网络通信协议：**通信协议是对计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。
• TCP/IP协议： 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议，并采用了4层的分层模型，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

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1.3 协议分类

通信的协议还是比较复杂的，java.net 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

• TCP：传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。

• 三次握手：TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠。

• 第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认。
• 第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求。
• 第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接。整个交互过程如下图所示。

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

• UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用中,例如视频会议、QQ聊天等。

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1.4 网络编程三要素

协议

• **协议：**计算机网络通信必须遵守的规则。

IP地址

• IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address），俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话，那么“IP地址”就相当于“电话号码”。

IP地址分类

• IPv4：是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成a.b.c.d 的形式，例如192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数，那么最多可以表示42亿个。
• IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。有资料显示，全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。
  为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

常用命令

• 查看本机IP地址，在控制台输入：

ipconfig

• 检查网络是否连通，在控制台输入：

ping 空格 IP地址
ping 220.181.57.216

特殊的IP地址

• 本机IP地址：127.0.0.1、localhost 。

端口号

网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？

如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

• **端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是0_{65535**。其中，0}1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。

利用协议+IP地址+端口号 三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

TCP通信程序

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1.1 概述

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（Client）与服务端（Server）。

两端通信时步骤：

1. 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
2. 客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序：

1. 客户端：java.net.Socket 类表示。创建Socket对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
2. 服务端：java.net.ServerSocket 类表示。创建ServerSocket对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

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1.2 Socket类

Socket 类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

构造方法

• public Socket(String host, int port) :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ，则相当于指定地址为回送地址。

小贴士：回送地址(127.x.x.x) 是本机回送地址），主要用于网络软件测试以及本地进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

构造举例，代码如下：

Socket client = new Socket("localhost", 6666);

成员方法

• public InputStream getInputStream() ： 返回此套接字的输入流。

• 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。
• 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。

• public OutputStream getOutputStream() ： 返回此套接字的输出流。

• 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。
• 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。

• public void close() ：关闭此套接字。

• 一旦一个socket被关闭，它不可再使用。
• 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。

• public void shutdownOutput() ： 禁用此套接字的输出流。

• 任何先前写出的数据将被发送，随后终止输出流。

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1.3 ServerSocket类

ServerSocket类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

构造方法

• public ServerSocket(int port) ：使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数port就是端口号。

构造举例，代码如下：

ServerSocket server = new ServerSocket(6666);

成员方法

• public Socket accept() ：侦听并接受连接，返回一个新的Socket对象，用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。

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1.4 简单的TCP网络程序

TCP通信分析图解

1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
2. 【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
3. 【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
4. 【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
5. 【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

自此，服务端向客户端回写数据。

6. 【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
7. 【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
8. 【客户端】释放资源，断开连接。

客户端向服务器发送数据

服务端实现：

public class ServerTCP {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
        // 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
      	// 4.1 创建字节数组
        byte[] b = new byte[1024];
      	// 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = is.read(b)；
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String msg = new String(b, 0, len);
        System.out.println(msg);
        //5.关闭资源.
        is.close();
        server.close();
    }
}

客户端实现：

public class ClientTCP {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("客户端 发送数据");
		// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
		Socket client = new Socket("localhost", 6666);
		// 2.获取流对象 . 输出流
		OutputStream os = client.getOutputStream();
		// 3.写出数据.
		os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
		// 4. 关闭资源 .
		os.close();
		client.close();
	}
}

服务器向客户端回写数据

服务端实现：

public class ServerTCP {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
        // 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
      	// 4.1 创建字节数组
        byte[] b = new byte[1024];
      	// 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = is.read(b)；
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String msg = new String(b, 0, len);
        System.out.println(msg);
      	// =================回写数据=======================
      	// 5. 通过 socket 获取输出流
      	 OutputStream out = server.getOutputStream();
      	// 6. 回写数据
      	 out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
      	// 7.关闭资源.
      	out.close();
        is.close();
        server.close();
    }
}

客户端实现：

public class ClientTCP {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("客户端 发送数据");
		// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
		Socket client = new Socket("localhost", 6666);
		// 2.通过Scoket,获取输出流对象 
		OutputStream os = client.getOutputStream();
		// 3.写出数据.
		os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
      	// ==============解析回写=========================
      	// 4. 通过Scoket,获取 输入流对象
      	InputStream in = client.getInputStream();
      	// 5. 读取数据数据
      	byte[] b = new byte[100];
      	int len = in.read(b);
      	System.out.println(new String(b, 0, len));
		// 6. 关闭资源 .
      	in.close();
		os.close();
		client.close();
	}
}

综合案例

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1.1 文件上传案例

文件上传分析图解

1. 【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
2. 【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
3. 【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
4. 【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。

基本实现

服务端实现：

public class FileUpload_Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
      	ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
  		// 2. 建立连接 
        Socket accept = serverSocket.accept();
      	// 3. 创建流对象
      	// 3.1 获取输入流,读取文件数据
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
        // 3.2 创建输出流,保存到本地 .
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"));
		// 4. 读写数据
        byte[] b = new byte[1024 * 8];
        int len;
        while ((len = bis.read(b)) != -1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
        //5. 关闭 资源
        bos.close();
        bis.close();
        accept.close();
        System.out.println("文件上传已保存");
    }
}

客户端实现：

public class FileUPload_Client {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建流对象
        // 1.1 创建输入流,读取本地文件  
        BufferedInputStream bis  = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
        // 1.2 创建输出流,写到服务端 
        Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
        BufferedOutputStream   bos   = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());

        //2.写出数据. 
        byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
        int len ; 
        while (( len  = bis.read(b))!=-1) {
            bos.write(b, 0, len);
            bos.flush();
        }
        System.out.println("文件发送完毕");
        // 3.释放资源

        bos.close(); 
        socket.close();
        bis.close(); 
        System.out.println("文件上传完毕 ");
	}
}

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1.2文件上传优化分析

1. 文件名称写死的问题
   服务端，保存文件的名称如果写死，那么最终导致服务器硬盘，只会保留一个文件，建议使用系统时间优化，保证文件名称唯一，代码如下：

FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);

2.信息回写分析图解

前四步与基本文件上传一致.

5. 【服务端】获取输出流，回写数据。
6. 【客户端】获取输入流，解析回写数据。

回写实现

public class FileUpload_Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 创建服务端ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        Socket accept = serverSocket.accept();
        // 获取输入流对象
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
        // 创建输出流对象, 保存到本地 .
        FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
        // 读写数据
        byte[] b = new byte[1024 * 8];
        int len;
        while ((len = bis.read(b)) != -1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
        // =======信息回写===========================
        System.out.println("back ........");
        OutputStream out = accept.getOutputStream();
        out.write("上传成功".getBytes());
        out.close();
        //================================

        //  关闭 资源
        bos.close();
        bis.close();
        accept.close();
        System.out.println("文件上传已保存");
    }
}

客户端实现：

public class FileUpload_Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建流对象
        // 创建输入流,读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
        // 创建输出流,写到服务端
        Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());

        //  写出数据.
        byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
        int len ;
        while (( len  = bis.read(b))!=-1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
      	// 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕
        //如果客户端不加shutdownoutput的话，相当于不加结束标志位，
        //然后客户端读取到结尾的时候读不到文件结束标志位，然后会一直循环下去。
        //shutdownoutput相当于给文件加一结束标志为。
        socket.shutdownOutput();
        System.out.println("文件发送完毕");
        //  =====解析回写============
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] back = new byte[20];
        in.read(back);
        System.out.println(new String(back));
        in.close();
        // ============================

        // 释放资源
        socket.close();
        bis.close();
    }
}

t发送的每个包都需要指定地址，而DatagramPacket则是在首次创建时指定地址，以后所有数据的发生都通过此socket。

注意：

1.2相关API

构造方法

DatagramSocket()：此类表示用来发送和接收数据报包的套接字，用于户客户端

DatagramSocket(int port):此类表示用来发送和接收数据报包的套接字 ，用于服务器端

DatagramPacket(byte[] buf, int length)：构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。

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。

DatagramSocket的API

receive(DatagramPacket p) : 从此套接字接收数据报包。

send(DatagramPacket p) : 从此套接字发送数据报包。

DatagramPacket的API

getAddress() : 获取客户端的地址

getPort() : 获取客户端的端口

静态方法

InetAddress.getByName(String path): 降String地址转换成InetAddress 类型地址

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1.3代码实现

服务器端实现步骤
① 创建DatagramSocket，指定端口号
② 创建DatagramPacket
③ 接受客户端发送的数据信息
④ 读取数据

package com.offcn.Demo4;

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

public class Server {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		/*
		 * 接收客户端发送的数据
		 */
		// 1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
		DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
		// 2.创建数据报，用于接收客户端发送的数据
		byte[] data = new byte[1024];// 创建字节数组，指定接收的数据包的大小
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
		// 3.接收客户端发送的数据
		System.out.println("****服务器端已经启动，等待客户端发送数据");
		socket.receive(packet);// 此方法在接收到数据报之前会一直阻塞
		// 4.读取数据
		String info = new String(data, 0, packet.getLength());
		System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);

		/*
		 * 向客户端响应数据
		 */
		// 1.定义客户端的地址、端口号、数据
		InetAddress address = packet.getAddress();
		int port = packet.getPort();
		byte[] data2 = "欢迎您!".getBytes();
		// 2.创建数据报，包含响应的数据信息
		DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
		// 3.响应客户端
		socket.send(packet2);
		// 4.关闭资源
		socket.close();
	}
}

客户端实现步骤
① 定义发送信息
② 创建DatagramPacket，包含将要发送的信息
③ 创建DatagramSocket
④ 发送数据

package com.offcn.Demo4;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class Client {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		/*
		 * 向服务器端发送数据
		 */
		// 1.定义服务器的地址、端口号、数据
		InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
		int port = 8800;
		byte[] data = "用户名：admin;密码：123".getBytes();
		// 2.创建数据报，包含发送的数据信息
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
		// 3.创建DatagramSocket对象
		DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
		// 4.向服务器端发送数据报
		socket.send(packet);

		/*
		 * 接收服务器端响应的数据
		 */
		// 1.创建数据报，用于接收服务器端响应的数据
		byte[] data2 = new byte[1024];
		DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
		// 2.接收服务器响应的数据
		socket.receive(packet2);
		// 3.读取数据
		String reply = new String(data2, 0, packet2.getLength());
		System.out.println("我是客户端，服务器说：" + reply);
		// 4.关闭资源
		socket.close();
	}
}

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1.4总结

tcp和udp的区别：

• Tcp是面向连接的，udp是无连接的；
• Tcp是可靠的，udp是不可靠的；
• Tcp只支持点对点通信，udp支持一对一，一对多，多对多的通信模式；
• Tcp是面向字节流的，udp是面向报文的；

总的来说，相比于TCP而言，UDP不如其广泛，但是在需要很强的实时交互性场合，如网络游戏和视频会议方面，UDP相对重要。因为UDP协议不需要维持连接的开销，支持一对多。多对多的通信模式。如果说TCP类似于打电话，而UDP就相当于发短信。

在网络编程中，必须要求可靠数据传输的信息一般使用TCP，而一般的数据使用UDP实现。