西安邮电大学Socket网络编程.doc

西安邮电大学Socket网络编程

资料仅供参考
《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
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处理业务
⑤ 了解客户机之间通信方式
二、 实验内容及要求

① 采用CS模式，经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 经过ServerSocket创立服务端来处理接受客户机请求；
④ 经过多线程方式来处理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、向选中用户发送文件、用户接受文件。
三、 实验过程
1.首先学习了在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能够得到，Socket通信的步骤如下：
（1） 在服务器端创立一个ServerSocket对象而且指定端口号。
（2） 运行ServerSocket的accept()方法，等候客户端的请求。
（3） 客户端创立一个Socket对象，指定计算机的地址和端口号，向服务器端发出连接请求。
（4） 服务器端接收到来自客户端的请求后，创立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） 服务器端程序运行结束后，调用ServerSocket对象的close()方法停止等待客户端请求。
由此能够看出，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能够实现相互通信，为了实现一个服务端程序能够对多个客户进行服务，需要使用到多线程，在服务器端创立客户请求的监听线程，一旦客户发起请求连接，在服务器端创立用于服务的Socket，利用改Socket完成与客户的通信，即每个线程针对一个客户进行服务，数据传输结束后，终止运行该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收过程：
应用程序的工作流程如下：
　　（1）首先要建立数据报通信的Socket，我们能够经过创立一个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）创立一个数据报文包，用来实现无连接的包传送服务。每个数据报文包用DatagramPacket类创立，DatagramPacket对象封装了数据报包数据、包长度、目标地址和目标端口。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立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口号上的数据报文包，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() 返回发送或接收到的数据的长度。
　　public InetAddress getAddress() 返回一个发送或接收此数据报包文的机器的IP地址。
　　public int getPort() 返回发送或接收数据报的远程主机的端口号。
　　（3）创立完DatagramSocket和DatagramPacket对象，就能够发送数据报文包了。发送是经过调用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，我们也能够接收数据报文包。为了接收从服务器返回的结果数据报文包，我们需要创立一个新的DatagramPacket对象，这就需要用到DatagramPacket的另一种构造方式DatagramPacket（byte bufferedarray[],int length），即只需指明存放接收的数据报的缓冲区和长度。调用DatagramSocket对象的receive()方法完成接收数据报的工作，此时需要将上面创立的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收到的数据，数据报文包中也包含发送者的IP地址，发送者机器上的端口号等信息。
　　（5）处理接收缓冲区内的数据，获取服务结果。
　　（6）当通信完成后，能够使用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。可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本身只是码头，不能产生IO流，它的唯一作用就是接收和发送数据报，Java使用DatagramPacket来代表数据报，DatagramSocket接收和发送的数据都是经过DatagramPacket对象完成的。
DatagramSocket()：创立一个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)：创立一个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)：创立一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到指定IP地址、指定端口。
经过上面三个构造器中的任意一个构造器即可创立一个DatagramSocket实例，一般在创立服务器时，创立指定端口的DatagramSocket实例--这样保证其它客户端能够将数据发送到该服务器。一旦得到了DatagramSocket实例之后，就能够经过如下两个方法来接收和发送数据。
receive(DatagramPacket p)：从该DatagramSocket中接收数据报。
send(DatagramPacket p)：以该DatagramSocket对象向外发送数据报。
从上面两个方法能够看出，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，而集装箱本身包含了该集装箱的目的地。
DatagramPacket的构造器：
DatagramPacket(byte[] buf,int length)：以一个空数组来创立DatagramPacket对象，该对象的作用是接收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立DatagramPacket对象，创立该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)：以一个空数组来创立DatagramPacket对象，并指定接收到的数据放入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)：创立一个用于发送的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，实际上并没有明显的服务器端和客户端，因为两方都需要先建立一个DatagramSocket对象，用来接收或发送数据报，然后使用DatagramPacket对象作为传输数据的载体。一般固定IP地址、固定端口的DatagramSocket对象所在的程序被称为服务器，因为该DatagramSocket能够主动接收客户端数据。
在接收数据之前，应该采用上面的第一个或第三个构造器生成一个DatagramPacket对象，给出接收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. // 创立一个接收数据的DatagramPacket对象
2. DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);
3. // 接收数据报
4. socket.receive(packet);
在发送数据之前，调用第二个或第四个构造器创立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，包括IP地址和端口号。发送数据是经过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. // 创立一个发送数据的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接收数据时，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要求创立接收数据用的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，这实际上暴露了DatagramPacket的实现细节。接着DatagramPacket又提供了一个getData()方法，该方法又能够返回Datagram Packet对象里封装的字节数组，该方法更显得有些多余--如果程序需要获取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（也能够是客户端）接收到一个DatagramPacket对象后，如果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，因此接收者并不知道每个数据报由谁发送过来，但程序能够调用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标机器的IP地址；当程序刚接收到一个数据报时，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标机器的端口；当程序刚接收到一个数据报时，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标SocketAddress；当程序刚接收到一个数据报时，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，该对象实际上就是一个IP地址和一个端口号。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，因此使用SocketAddress对象能够同时代表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，可是在客户端，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，接收到的新的packet会覆盖掉原来的那个，可是事实上是，收到的packet确实被收到的数据更新了，可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一样，因此，如果客户端发送三个字，而服务器恢复客户端5个字，结果客户端只能收到三个字，因为，客户端的packet在发送数据时就已经确定了它发送和接受数据的长度，即三个字，因此导致，在客户端发送内容少于服务器回复的内容时，客户端只能接收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。

经过本次实验，对scoket通信有一定的了解和掌握，可是对于具体的实现过程还是没有掌握的十分详细，还需要不断地学习实践，可是能够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遇到了很多的问题，能够调试成功也从中熟悉了很多。
而且在这次试验中，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，因此，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。