2023年西安邮电大学Socket网络编程.doc

《高级Internet》实验报告

题目: Socket网络编程

学生姓名:
班 级: 软件1202班
学 号:
指导老师: 王文浪
成 绩:

西安邮电大学计算机学院
2023 年 4 月 27 日
一、 实验目的

① 熟悉Socket网络编程
② 熟悉CS客户机模式
③ 熟悉ServerSocket编写服务端
④ 熟悉使用多线程机制解决业务
⑤ 了解客户机之间通信方式
二、 实验内容及规定

① 采用CS模式，通过客户机向服务器端发送消息；
② 采用Socket来实现客户机之间的网络通信；
③ 通过ServerSocket创建服务端来解决接受客户机请求；
④ 通过多线程方式来解决客户机之间的通信请求；
⑤ 实现通信的界面窗口；
⑥ 实验内容有发送私聊消息、向选中用户发送文献、用户接受文献。
三、 实验过程
1.一方面学习了在JAVA语言中TCP/IP协议下的Socket网络模式图如1.1所示

图1.1TCP/IP协议下的Socket网络模式图
由图1.1可以得到，Socket通信的环节如下：
（1） 在服务器端创建一个ServerSocket对象并且指定端标语。
（2） 运营ServerSocket的accept()方法，等候客户端的请求。
（3） 客户端创建一个Socket对象，指定计算机的地址和端标语，向服务器端发出连接请求。
（4） 服务器端接受到来自客户端的请求后，创建Socket对象与客户端建立连接。
（5） 服务器端和客户端分别建立输入输出流进行数据传输。
（6） 通信结束后，服务器端和客户端分别关闭相应的Socket连接。
（7） 服务器端程序运营结束后，调用ServerSocket对象的close()方法停止等待客户端请求。
由此可以看出，对于一个网络通信程序来说，需要编写服务器端和客户端两个程序才可以实现互相通信，为了实现一个服务端程序可以对多个客户进行服务，需要使用到多线程，在服务器端创建客户请求的监听线程，一旦客户发起请求连接，在服务器端创建用于服务的Socket，运用改Socket完毕与客户的通信，即每个线程针对一个客户进行服务，数据传输结束后，终止运营该Socket通信的线程，继续在服务器端指定的端口进行监听。
2. 数据报的通信的发送和接受过程：
应用程序的工作流程如下：
　　（1）一方面要建立数据报通信的Socket，我们可以通过创建一个DatagramSocket对象实现它，在Java中DatagramSocket类有如下两种构造方法：
　　public DatagramSocket() 构造一个数据报socket，并使其与本地主机任一可用的端口连接。若打不开socket则抛出SocketException异常。
　　public DatagramSocket(int port) 构造一个数据报socket，并使其与本地主机指定的端口连接。若打不开socket或socket无法与指定的端口连接则抛出SocketException异常。
　　（2）创建一个数据报文包，用来实现无连接的包传送服务。每个数据报文包用DatagramPacket类创建，DatagramPacket对象封装了数据报包数据、包长度、目的地址和目的端口。客户端要发送数据报文包，要调用DatagramPacket类以如下形式的构造函数创建DatagramPacket对象，将要发送的数据和包文目的地址信息放入对象之中。DatagramPacket（byte bufferedarray[],int length,InetAddress address,int port）即构造一个包长度为length的包传送到指定主机指定端标语上的数据报文包，参数length必须小于等于bufferedarry.length。
　　DatagramPacket类提供了4个类获取信息：
　　public byte[] getData() 返回一个字节数组，包含收到或要发送的数据报中的数据。
　　public int getLength() 返回发送或接受到的数据的长度。
　　public InetAddress getAddress() 返回一个发送或接受此数据报包文的机器的IP地址。
　　public int getPort() 返回发送或接受数据报的远程主机的端标语。
　　（3）创建完DatagramSocket和DatagramPacket对象，就可以发送数据报文包了。发送是通过调用DatagramSocket对象的send方法实现，它需要以DatagramPacket对象为参数，将刚才封装进DatagramPacket对象中的数据组成数据报发出。
　　（4）当然，我们也可以接受数据报文包。为了接受从服务器返回的结果数据报文包，我们需要创建一个新的DatagramPacket对象，这就需要用到DatagramPacket的另一种构造方式DatagramPacket（byte bufferedarray[],int length），即只需指明存放接受的数据报的缓冲区和长度。调用DatagramSocket对象的receive()方法完毕接受数据报的工作，此时需要将上面创建的DatagramPacket对象作为参数，该方法会一直阻塞直到收到一个数据报文包，此时DatagramPacket的缓冲区中包含的就是接受到的数据，数据报文包中也包含发送者的IP地址，发送者机器上的端标语等信息。
　　（5）解决接受缓冲区内的数据，获取服务结果。
　　（6）当通信完毕后，可以使用DatagramSocket对象的close()方法关闭数据报通信Socket。当然，Java会自动关闭Socket，释放DatagramSocket和DatagramPacket所占用的资源。但是作为一种良好的编程习惯，还是要显式地予以关闭。
3. DatagramSocket类详解
Java使用DatagramSocket代表UDP协议的Socket，DatagramSocket自身只是码头，不能产生IO流，它的唯一作用就是接受和发送数据报，Java使用DatagramPacket来代表数据报，DatagramSocket接受和发送的数据都是通过DatagramPacket对象完毕的。
DatagramSocket()：创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到本机默认IP地址、本机所有可用端口中随机选择的某个端口。
DatagramSocket(int prot)：创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到本机默认IP地址、指定端口。
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)：创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到指定IP地址、指定端口。
通过上面三个构造器中的任意一个构造器即可创建一个DatagramSocket实例，通常在创建服务器时，创建指定端口的DatagramSocket实例--这样保证其他客户端可以将数据发送到该服务器。一旦得到了DatagramSocket实例之后，就可以通过如下两个方法来接受和发送数据。
receive(DatagramPacket p)：从该DatagramSocket中接受数据报。
send(DatagramPacket p)：以该DatagramSocket对象向外发送数据报。
从上面两个方法可以看出，使用DatagramSocket发送数据报时，DatagramSocket并不知道将该数据报发送到哪里，而是由DatagramPacket自身决定数据报的目的地。就像码头并不知道每个集装箱的目的地，码头只是将这些集装箱发送出去，而集装箱自身包含了该集装箱的目的地。
DatagramPacket的构造器：
DatagramPacket(byte[] buf,int length)：以一个空数组来创建DatagramPacket对象，该对象的作用是接受DatagramSocket中的数据。
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress addr, int port)：以一个包含数据的数组来创建DatagramPacket对象，创建该DatagramPacket对象时还指定了IP地址和端口--这就决定了该数据报的目的地。
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)：以一个空数组来创建DatagramPacket对象，并指定接受到的数据放入buf数组中时从offset开始，最多放length个字节。
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)：创建一个用于发送的DatagramPacket对象，指定发送buf数组中从offset开始，总共length个字节。
当Client/Server程序使用UDP协议时，事实上并没有明显的服务器端和客户端，由于两方都需要先建立一个DatagramSocket对象，用来接受或发送数据报，然后使用DatagramPacket对象作为传输数据的载体。通常固定IP地址、固定端口的DatagramSocket对象所在的程序被称为服务器，由于该DatagramSocket可以积极接受客户端数据。
在接受数据之前，应当采用上面的第一个或第三个构造器生成一个DatagramPacket对象，给出接受数据的字节数组及其长度。然后调用DatagramSocket 的receive()方法等待数据报的到来，receive()将一直等待（该方法会阻塞调用该方法的线程），直到收到一个数据报为止。如下代码所示：
1. // 创建一个接受数据的DatagramPacket对象
2. DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);
3. // 接受数据报
4. socket.receive(packet);
在发送数据之前，调用第二个或第四个构造器创建DatagramPacket对象，此时的字节数组里存放了想发送的数据。除此之外，还要给出完整的目的地址，涉及IP地址和端标语。发送数据是通过DatagramSocket的send()方法实现的，send()方法根据数据报的目的地址来寻径以传送数据报。如下代码所示：
1. // 创建一个发送数据的DatagramPacket对象
2. DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, length, address, port);
3. // 发送数据报
4. socket.send(packet);
使用DatagramPacket接受数据时，会感觉DatagramPacket设计得过于烦琐。开发者只关心该DatagramPacket能放多少数据，而DatagramPacket是否采用字节数组来存储数据完全不想关心。但Java规定创建接受数据用的DatagramPacket时，必须传入一个空的字节数组，该数组的长度决定了该DatagramPacket能放多少数据，这事实上暴露了DatagramPacket的实现细节。接着DatagramPacket又提供了一个getData()方法，该方法又可以返回Datagram Packet对象里封装的字节数组，该方法更显得有些多余--假如程序需要获取DatagramPacket里封装的字节数组，直接访问传给 DatagramPacket构造器的字节数组实参即可，无须调用该方法。
当服务器端（也可以是客户端）接受到一个DatagramPacket对象后，假如想向该数据报的发送者"反馈"一些信息，但由于UDP协议是面向非连接的，所以接受者并不知道每个数据报由谁发送过来，但程序可以调用DatagramPacket的如下3个方法来获取发送者的IP地址和端口。
InetAddress getAddress()：当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目的机器的IP地址；当程序刚接受到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的IP地址。
int getPort()：当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目的机器的端口；当程序刚接受到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的端口。
SocketAddress getSocketAddress()：当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目的SocketAddress；当程序刚接受到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的SocketAddress。
getSocketAddress()方法的返回值是一个SocketAddress对象，该对象事实上就是一个IP地址和一个端标语。也就是说，SocketAddress对象封装了一个InetAddress对象和一个代表端口的整数，所以使用SocketAddress对象可以同时代表IP地址和端口。
四．测试结果

四、 实验总结
本次实验过程总体比较顺利，但是在客户端，开始只声明了一个DatagramPacket对象，即我在客户端发送数据，和接受数据时，都只用这一个packet，开始认为，接受到的新的packet会覆盖掉本来的那个，但是事实上是，收到的packet的确被收到的数据更新了，但是由于这个对象在内存中的对象还是和发送是声明的那个同样，所以，假如客户端发送三个字，而服务器恢复客户端5个字，结果客户端只能收到三个字，由于，客户端的packet在发送数据时就已经拟定了它发送和接受数据的长度，即三个字，所以导致，在客户端发送内容少于服务器回复的内容时，客户端只能接受到服务器发来的部分内容。后来，在客户端又声明了一个新的接受数据的DatagramPacket，问题得以解决。

通过本次实验，对scoket通信有一定的了解和掌握，但是对于具体的实现过程还是没有掌握的十分具体，还需要不断地学习实践，但是可以做出本次实验还是花费了很大的精力，自己在程序的编写以及调试过程中也碰到了很多的问题，可以调试成功也从中熟悉了很多。
并且在这次实验中，在修改客户端的DatagramPacket 时，得到的经验很宝贵，让我进一步理解了对象在内存中的实际模型，所以，在实际编程中，一定要实时的在自己的脑海中树立内存模型的概念。