Android网络编程之Socket

时间 2019-12-09

标签 android 网络编程 socket 栏目 Android 繁體版

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前言

Socket的使用在 Android网络编程中很是重要
今天我将带你们全面了解 Socket 及其使用方法

1.网络基础

1.1 计算机网络分层

计算机网络分为五层：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层java

其中：android

网络层：负责根据IP找到目的地址的主机
运输层：经过端口把数据传到目的主机的目的进程，来实现进程与进程之间的通讯

1.2 端口号（PORT）

端口号规定为16位，即容许一个IP主机有2的16次方65535个不一样的端口。其中：git

0~1023：分配给系统的端口号github
```
> 咱们不能够乱用
```

1024~49151：登记端口号，主要是让第三方应用使用apache

> 可是必须在IANA（互联网数字分配机构）按照规定手续登记，

49152~65535：短暂端口号，是留给客户进程选择暂时使用，一个进程使用完就能够供其余进程使用。

在Socket使用时，能够用1024~65535的端口号编程

1.3 C/S结构

定义：即客户端/服务器结构，是软件系统体系结构
做用：充分利用两端硬件环境的优点，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，下降了系统的通信开销。服务器
```
> Socket正是使用这种结构创建链接的，一个套接字接客户端，一个套接字接服务器。
```

如图：网络

能够看出，Socket的使用能够基于TCP或者UDP协议。session

1.4 TCP协议

定义：Transmission Control Protocol，即传输控制协议，是一种传输层通讯协议app

基于TCP的应用层协议有FTP、Telnet、SMTP、HTTP、POP3与DNS。
特色：面向链接、面向字节流、全双工通讯、可靠
- 面向链接：指的是要使用TCP传输数据，必须先创建TCP链接，传输完成后释放链接，就像打电话同样必须先拨号创建一条链接，打完后挂机释放链接。
- 全双工通讯：即一旦创建了TCP链接，通讯双方能够在任什么时候候都能发送数据。
- 可靠的：指的是经过TCP链接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，而且按序到达。
- 面向字节流：流，指的是流入到进程或从进程流出的字符序列。简单来讲，虽然有时候要传输的数据流太大，TCP报文长度有限制，不能一次传输完，要把它分为好几个数据块，可是因为可靠性保证，接收方能够按顺序接收数据块而后从新组成分块以前的数据流，因此TCP看起来就像直接互相传输字节流同样，面向字节流。
TCP创建链接
必须进行三次握手：若A要与B进行链接，则必须
- 第一次握手：创建链接。客户端发送链接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为x；而后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认。即A发送信息给B
- 第二次握手：服务器收到客户端的SYN报文段，须要对这个SYN报文段进行确认。即B收到链接信息后向A返回确认信息
- 第三次握手：客户端收到服务器的（SYN+ACK）报文段，并向服务器发送ACK报文段。即A收到确认信息后再次向B返回确认链接信息
```
> 此时，A告诉本身上层链接创建；B收到链接信息后告诉上层链接创建。
```

这样就完成TCP三次握手 = 一条TCP链接创建完成 = 能够开始发送数据

三次握手期间任何一次未收到对面回复都要重发。

最后一个确认报文段发送完毕之后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态。

为何TCP创建链接须要三次握手？

答：防止服务器端由于接收了早已失效的链接请求报文从而一直等待客户端请求，从而浪费资源

“已失效的链接请求报文段”的产生在这样一种状况下：Client发出的第一个链接请求报文段并无丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以至延误到链接释放之后的某个时间才到达server。

这是一个早已失效的报文段。但Server收到此失效的链接请求报文段后，就误认为是Client再次发出的一个新的链接请求。

因而就向Client发出确认报文段，赞成创建链接。

假设不采用“三次握手”：只要Server发出确认，新的链接就创建了。

因为如今Client并无发出创建链接的请求，所以不会向Server发送数据。

但Server却觉得新的运输链接已经创建，并一直等待Client发来数据。>- 这样，Server的资源就白白浪费掉了。

采用“三次握手”的办法能够防止上述现象发生：

Client不会向Server的确认发出确认
Server因为收不到确认，就知道Client并无要求创建链接
因此Server不会等待Client发送数据，资源就没有被浪费
TCP释放链接
TCP释放链接须要四次挥手过程，如今假设A主动释放链接：（数据传输结束后，通讯的双方均可释放链接）
- 第一次挥手：A发送释放信息到B；（发出去以后，A->B发送数据这条路径就断了）
- 第二次挥手：B收到A的释放信息以后，回复确认释放的信息：我赞成你的释放链接请求
- 第三次挥手：B发送“请求释放链接“信息给A
- 第四次挥手：A收到B发送的信息后向B发送确认释放信息：我赞成你的释放链接请求
```
> B收到确认信息后就会正式关闭链接；
> A等待2MSL后依然没有收到回复，则证实B端已正常关闭，因而A关闭链接
```

为何TCP释放链接须要四次挥手？

为了保证双方都能通知对方“须要释放链接”，即在释放链接后都没法接收或发送消息给对方

须要明确的是：TCP是全双工模式，这意味着是双向均可以发送、接收的
释放链接的定义是：双方都没法接收或发送消息给对方，是双向的
当主机1发出“释放链接请求”（FIN报文段）时，只是表示主机1已经没有数据要发送 / 数据已经所有发送完毕；
```
> 可是，这个时候主机1仍是能够接受来自主机2的数据。
```
当主机2返回“确认释放链接”信息（ACK报文段）时，表示它已经知道主机1没有数据发送了
```
> 但此时主机2仍是能够发送数据给主机1
```

当主机2也发送了FIN报文段时，即告诉主机1我也没有数据要发送了

> 此时，主机1和2已经没法进行通讯：主机1没法发送数据给主机2，主机2也没法发送数据给主机1，此时，TCP的链接才算释放

1.5 UDP协议

定义：User Datagram Protocol，即用户数据报协议，是一种传输层通讯协议。

基于UDP的应用层协议有TFTP、SNMP与DNS。
特色：无链接的、不可靠的、面向报文、没有拥塞控制
- 无链接的：和TCP要创建链接不一样，UDP传输数据不须要创建链接，就像写信，在信封写上收信人名称、地址就能够交给邮局发送了，至于能不能送到，就要看邮局的送信能力和送信过程的困难程度了。
- 不可靠的：由于UDP发出去的数据包发出去就无论了，无论它会不会到达，因此极可能会出现丢包现象，使传输的数据出错。
- 面向报文：数据报文，就至关于一个数据包，应用层交给UDP多大的数据包，UDP就照样发送，不会像TCP那样拆分。
- 没有拥塞控制：拥塞，是指到达通讯子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以至引发这部分乃至整个网络性能降低的现象，严重时甚至会致使网络通讯业务陷入停顿，即出现死锁现象，就像交通堵塞同样。TCP创建链接后若是发送的数据由于信道质量的缘由不能到达目的地，它会不断重发，有可能致使愈来愈塞，因此须要一个复杂的原理来控制拥塞。而UDP就没有这个烦恼，发出去就无论了。
应用场景
不少的实时应用（如IP电话、实时视频会议、某些多人同时在线游戏等）要求源主机以很定的速率发送数据，而且容许在网络发生拥塞时候丢失一些数据，可是要求不能有太大的延时，UDP就恰好适合这种要求。因此说，只有不适合的技术，没有真正没用的技术。

1.6 HTTP协议

详情请看我写的另一篇文章你须要了解的HTTP知识都在这里了！

2. Socket定义

即套接字，是一个对 TCP / IP协议进行封装的编程调用接口（API）

> 1.  即经过`Socket`，咱们才能在Andorid平台上经过 `TCP/IP`协议进行开发
> 2.  `Socket`不是一种协议，而是一个编程调用接口（`API`），属于传输层（主要解决数据如何在网络中传输）

成对出现，一对套接字：

Socket ={(IP地址1:PORT端口号)，(IP地址2:PORT端口号)}

3. 原理

Socket的使用类型主要有两种：

流套接字（streamsocket）：基于 TCP协议，采用 流的方式 提供可靠的字节流服务
数据报套接字(datagramsocket)：基于 UDP协议，采用 数据报文 提供数据打包发送的服务

具体原理图以下：

4. Socket 与 Http 对比

Socket属于传输层，由于 TCP / IP协议属于传输层，解决的是数据如何在网络中传输的问题
HTTP协议属于应用层，解决的是如何包装数据

因为两者不属于同一层面，因此原本是没有可比性的。但随着发展，默认的Http里封装了下面几层的使用，因此才会出现Socket & HTTP协议的对比：（主要是工做方式的不一样）：

Http：采用 请求—响应 方式。

> 1.  即创建网络链接后，当 客户端 向 服务器 发送请求后，服务器端才能向客户端返回数据。
> 2.  可理解为：**是客户端有须要才进行通讯**

Socket：采用 服务器主动发送数据 的方式

> 1.  即创建网络链接后，服务器可主动发送消息给客户端，而不须要由客户端向服务器发送请求
> 2.  可理解为：**是服务器端有须要才进行通讯**

5. 使用步骤

Socket可基于TCP或者UDP协议，但TCP更加经常使用
因此下面的使用步骤 & 实例的Socket将基于TCP协议

// 步骤1：建立客户端 & 服务器的链接

    // 建立Socket对象 & 指定服务端的IP及端口号 
    Socket socket = new Socket("192.168.1.32", 1989);  

    // 判断客户端和服务器是否链接成功  
    socket.isConnected());

// 步骤2：客户端 & 服务器 通讯
// 通讯包括：客户端 接收服务器的数据 & 发送数据 到 服务器

    <-- 操做1：接收服务器的数据 -->

            // 步骤1：建立输入流对象InputStream
            InputStream is = socket.getInputStream() 

            // 步骤2：建立输入流读取器对象 并传入输入流对象
            // 该对象做用：获取服务器返回的数据
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            // 步骤3：经过输入流读取器对象 接收服务器发送过来的数据
            br.readLine()；

    <-- 操做2：发送数据 到 服务器 -->                  

            // 步骤1：从Socket 得到输出流对象OutputStream
            // 该对象做用：发送数据
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); 

            // 步骤2：写入须要发送的数据到输出流对象中
            outputStream.write（（"Carson_Ho"+"\n"）.getBytes("utf-8")）；
            // 特别注意：数据的结尾加上换行符才可以让服务器端的readline()中止阻塞

            // 步骤3：发送数据到服务端 
            outputStream.flush();  

// 步骤3：断开客户端 & 服务器 链接

             os.close();
            // 断开 客户端发送到服务器 的链接，即关闭输出流对象OutputStream

            br.close();
            // 断开 服务器发送到客户端 的链接，即关闭输入流读取器对象BufferedReader

            socket.close();
            // 最终关闭整个Socket链接

6. 具体实例

实例 Demo 代码包括：客户端 & 服务器
本文着重讲解客户端，服务器仅采用最简单的写法进行展现

6.1 客户端实现

步骤1：加入网络权限

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />

步骤2：主布局界面设置

包括建立Socket链接、客户端 & 服务器通讯的按钮

<Button
        android:id="@+id/connect"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="connect" />

    <Button
        android:id="@+id/disconnect"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="disconnect" />

    <TextView
        android:id="@+id/receive_message"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content" />

    <Button
        android:id="@+id/Receive"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="Receive from message" />

    <EditText
        android:id="@+id/edit"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content" />

    <Button
        android:id="@+id/send"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="send"/>

步骤3：建立Socket链接、客户端 & 服务器通讯

具体请看注释

MainActivity.java

package scut.carson_ho.socket_carson;

import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.EditText;
import android.widget.TextView;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    /**
     * 主 变量
     */

    // 主线程Handler
    // 用于将从服务器获取的消息显示出来
    private Handler mMainHandler;

    // Socket变量
    private Socket socket;

    // 线程池
    // 为了方便展现,此处直接采用线程池进行线程管理,而没有一个个开线程
    private ExecutorService mThreadPool;

    /**
     * 接收服务器消息 变量
     */
    // 输入流对象
    InputStream is;

    // 输入流读取器对象
    InputStreamReader isr ;
    BufferedReader br ;

    // 接收服务器发送过来的消息
    String response;

    /**
     * 发送消息到服务器 变量
     */
    // 输出流对象
    OutputStream outputStream;

    /**
     * 按钮 变量
     */

    // 链接 断开链接 发送数据到服务器 的按钮变量
    private Button btnConnect, btnDisconnect, btnSend;

    // 显示接收服务器消息 按钮
    private TextView Receive,receive_message;

    // 输入须要发送的消息 输入框
    private EditText mEdit;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        /**
         * 初始化操做
         */

        // 初始化全部按钮
        btnConnect = (Button) findViewById(R.id.connect);
        btnDisconnect = (Button) findViewById(R.id.disconnect);
        btnSend = (Button) findViewById(R.id.send);
        mEdit = (EditText) findViewById(R.id.edit);
        receive_message = (TextView) findViewById(R.id.receive_message);
        Receive = (Button) findViewById(R.id.Receive);

        // 初始化线程池
        mThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        // 实例化主线程,用于更新接收过来的消息
        mMainHandler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                switch (msg.what) {
                    case 0:
                        receive_message.setText(response);
                        break;
                }
            }
        };

        /**
         * 建立客户端 & 服务器的链接
         */
        btnConnect.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {

                // 利用线程池直接开启一个线程 & 执行该线程
                mThreadPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {

                        try {

                            // 建立Socket对象 & 指定服务端的IP 及 端口号
                            socket = new Socket("192.168.1.172", 8989);

                            // 判断客户端和服务器是否链接成功
                            System.out.println(socket.isConnected());

                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                    }
                });

            }
        });

        /**
         * 接收 服务器消息
         */
        Receive.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {

                // 利用线程池直接开启一个线程 & 执行该线程
                mThreadPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {

                          try {
                            // 步骤1：建立输入流对象InputStream
                            is = socket.getInputStream();

                              // 步骤2：建立输入流读取器对象 并传入输入流对象
                              // 该对象做用：获取服务器返回的数据
                              isr = new InputStreamReader(is);
                              br = new BufferedReader(isr);

                              // 步骤3：经过输入流读取器对象 接收服务器发送过来的数据
                              response = br.readLine();

                              // 步骤4:通知主线程,将接收的消息显示到界面
                              Message msg = Message.obtain();
                              msg.what = 0;
                              mMainHandler.sendMessage(msg);

                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                    }
                });

            }
        });

        /**
         * 发送消息 给 服务器
         */
        btnSend.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {

                // 利用线程池直接开启一个线程 & 执行该线程
                mThreadPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {

                        try {
                            // 步骤1：从Socket 得到输出流对象OutputStream
                            // 该对象做用：发送数据
                            outputStream = socket.getOutputStream();

                            // 步骤2：写入须要发送的数据到输出流对象中
                            outputStream.write((mEdit.getText().toString()+"\n").getBytes("utf-8"));
                            // 特别注意：数据的结尾加上换行符才可以让服务器端的readline()中止阻塞

                            // 步骤3：发送数据到服务端
                            outputStream.flush();

                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                    }
                });

            }
        });

        /**
         * 断开客户端 & 服务器的链接
         */
        btnDisconnect.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {

                try {
                    // 断开 客户端发送到服务器 的链接，即关闭输出流对象OutputStream
                    outputStream.close();

                    // 断开 服务器发送到客户端 的链接，即关闭输入流读取器对象BufferedReader
                    br.close();

                    // 最终关闭整个Socket链接
                    socket.close();

                    // 判断客户端和服务器是否已经断开链接
                    System.out.println(socket.isConnected());

                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        });

    }
}

6.2 服务器实现

因本文主要讲解客户端，因此服务器仅仅是为了配合客户端展现；

为了简化服务器使用，此处采用Mina框架

> 1.  服务器代码请在`eclipse`平台运行
> 2.  按照个人步骤一步步实现就能够无脑运行了

步骤1：导入Mina包

请直接移步到百度网盘：下载连接（密码: q73e）

步骤2：建立服务器线程
TestHandler.java

package mina;
// 导入包

public class TestHandler extends IoHandlerAdapter {

    @Override
    public void exceptionCaught(IoSession session, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("exceptionCaught: " + cause);
    }

    @Override
    public void messageReceived(IoSession session, Object message) throws Exception {
        System.out.println("recieve : " + (String) message);
        session.write("hello I am server");
    }

    @Override
    public void messageSent(IoSession session, Object message) throws Exception {

    }

    @Override
    public void sessionClosed(IoSession session) throws Exception {
        System.out.println("sessionClosed");
    }

    @Override
    public void sessionOpened(IoSession session) throws Exception {
        System.out.println("sessionOpen");
    }

    @Override
    public void sessionIdle(IoSession session, IdleStatus status) throws Exception {
    }

}

步骤3：建立服务器主代码
TestHandler.java

package mina;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;

import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolCodecFilter;
import org.apache.mina.filter.codec.textline.TextLineCodecFactory;
import org.apache.mina.transport.socket.nio.NioSocketAcceptor;

public class TestServer {
    public static void main(String[] args) {
        NioSocketAcceptor acceptor = null;
        try {
            acceptor = new NioSocketAcceptor();
            acceptor.setHandler(new TestHandler());
            acceptor.getFilterChain().addLast("mFilter", new ProtocolCodecFilter(new TextLineCodecFactory()));
            acceptor.setReuseAddress(true);
            acceptor.bind(new InetSocketAddress(8989));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

至此，客户端 & 服务器的代码均实现完毕。

6.3 测试结果

点击 Connect按钮：链接成功

输入发送的消息，点击 Send 按钮发送

服务器接收到客户端发送的消息

点击 Receive From Message按钮，客户端读取服务器返回的消息

点击 DisConnect按钮，断开客户端 & 服务器的链接

6.4 源码地址

Socket具体实例