Socket网络编程阶段学习与拓展

淩亂°似流年 2023-10-14 06:54 46阅读 0赞

### 一、CS架构和BS架构 ###

CS架构（Client-Server Architecture）和BS架构（Browser-Server Architecture）是两种常见的软件架构模式，用于描述客户端和服务器之间的关系。

####    CS架构 ####

\- CS架构是指客户端-服务器架构，也称为两层架构。  
\- 在CS架构中，客户端和服务器是分离的实体，彼此独立运行。  
\- 客户端负责用户界面和用户交互，服务器负责处理业务逻辑和数据存储。  
\- 客户端通过网络连接（如Socket）与服务器通信，发送请求并接收响应。  
\- 通常，客户端可以是桌面应用程序、移动应用程序等。

####    BS架构 ####

\- BS架构是指浏览器-服务器架构，也称为三层架构或Web架构。  
\- 在BS架构中，客户端使用浏览器作为用户界面，服务器负责处理业务逻辑和数据存储。  
\- 客户端通过HTTP协议向服务器发送请求，并接收由服务器生成的HTML、CSS、JavaScript等Web资源。  
\- 服务器端通常是Web服务器（如Apache、Nginx等）和应用服务器（如Tomcat、Node.js等）的组合。  
\- 通常，BS架构用于Web应用程序和互联网上的服务。

####    区别 ####

\- CS架构中，客户端与服务器之间的通信是通过自定义的协议进行的，而BS架构中，客户端与服务器之间的通信是通过标准的HTTP协议进行的。  
\- CS架构通常需要在客户端上安装专门的应用程序，而BS架构则可以直接通过浏览器访问。  
\- CS架构相对于BS架构来说，更加灵活，可以实现更复杂的业务逻辑和用户界面，但需要开发和部署客户端应用。  
\- BS架构相对于CS架构来说，更加简单、易于维护和更新，但难以实现复杂的用户界面和交互。  
在实际应用中，可以根据具体需求和场景选择使用CS架构或BS架构，或者两者结合使用，以满足不同的业务需求和用户体验要求。

### 二、在CS（Client-Server）和BS（Browser-Server）架构中，客户端和服务器之间的通信通常遵循以下顺序和有一些区别。 ###

####    通信顺序 ####

1. 客户端发送请求：客户端发送请求到服务器，请求可以是获取数据、执行操作或其他需要服务器处理的任务。  
2. 服务器接收请求：服务器接收来自客户端的请求，并准备处理请求。  
3. 服务器处理请求：服务器根据请求的类型和内容，执行相应的业务逻辑和处理操作。  
4. 服务器生成响应：服务器生成响应数据，包括请求的结果、数据、状态信息或其他需要返回给客户端的内容。  
5. 服务器发送响应：服务器将生成的响应数据发送给客户端。  
6. 客户端接收响应：客户端接收服务器发送的响应数据。  
7. 客户端处理响应：客户端根据服务器返回的响应内容进行处理，可能包括显示结果、更新界面、触发相关事件等。

####    区别 ####

1. 客户端类型：在CS架构中，客户端可以是任何类型的应用程序，例如桌面应用程序、移动应用程序等。而在BS架构中，客户端通常是Web浏览器。  
2. 通信方式：在CS架构中，客户端和服务器之间的通信可以使用各种协议和通信方式，例如TCP/IP、HTTP、WebSocket等。而在BS架构中，通信通常基于HTTP协议。  
3. 客户端处理能力：在CS架构中，客户端可以拥有更多的处理能力和功能，可以进行大部分的计算和业务逻辑。而在BS架构中，客户端通常只负责显示和交互，大部分的计算和业务逻辑由服务器处理。  
4. 跨平台性：BS架构由于依赖Web浏览器作为客户端，具有较好的跨平台性，可以在不同的操作系统和设备上运行。而CS架构的客户端需要适配不同的操作系统和设备，对跨平台支持要求较高。  
需要根据具体的应用场景和需求选择适合的架构。CS架构适用于需要较高的客户端处理能力和灵活性的应用，而BS架构适用于需要跨平台和简化客户端部署的应用。

### 三、自定义通信规则 ###

#### 自定义通信规则是指在客户端和服务器之间的通信中，使用自定义的协议或规则来进行数据交换和通信。这些规则可以根据应用的需求和特定的场景进行定义。 ####

####    以下是一个示例的自定义通信规则的流程 ####

1. 协议定义：定义一个自定义的通信协议，包括通信消息的格式、字段和编码规则等。可以使用XML、JSON、二进制等形式来定义消息格式。  
2. 连接建立：客户端和服务器建立连接。可以使用底层的网络协议（如TCP/IP）建立连接，也可以使用其他技术来建立连接（如WebSocket）。  
3. 请求发送：客户端发送请求消息到服务器。请求消息包括请求的类型、操作、参数等信息，按照协议定义的格式进行编码。  
4. 请求处理：服务器接收到请求消息后，根据协议定义的规则进行解析和处理。服务器根据请求的类型和内容执行相应的业务逻辑和操作。  
5. 响应生成：服务器处理完请求后，生成响应消息。响应消息包括响应的状态、结果、数据等信息，按照协议定义的格式进行编码。  
6. 响应发送：服务器将生成的响应消息发送回客户端。响应消息经过网络传输，按照协议定义的规则进行传输。  
7. 响应处理：客户端接收到服务器发送的响应消息后，按照协议定义的规则进行解析和处理。客户端根据响应的内容进行相应的操作和处理。

####    自定义通信规则的设计需要考虑以下几个方面 ####

\- 消息格式：定义请求和响应消息的结构、字段和编码方式，可以使用常见的数据格式如XML、JSON，或者使用二进制格式。  
\- 消息交换方式：定义消息的传输方式，可以使用底层的网络协议，如TCP/IP，或者使用其他传输方式，如WebSocket。  
\- 错误处理：定义错误码和错误信息的规则，使得客户端和服务器可以进行错误处理和恢复。  
\- 安全性：考虑通信的安全性，可以使用加密和身份验证等机制来保护通信内容的安全性。  
需要根据具体的应用需求和场景来设计和实现自定义通信规则，确保通信的可靠性、安全性和灵活性。

### 四、什么是**shutdownOut()**？ ###

**`shutdown output`** 是一种关闭输出流的操作。它通常用于网络编程中的Socket对象。

当我们在使用Socket进行网络通信时，可以通过调用Socket的`shutdownOutput()`方法来关闭Socket的输出流。这将导致套接字的输出流被关闭，进而阻止通过该套接字发送数据。

关闭输出流的操作有以下几个特点：

*  关闭输出流后，套接字仍然可以接收数据。
 *  关闭输出流后，对输出流的写操作将抛出异常。
 *  关闭输出流后，可以继续使用输入流进行数据的接收。

需要注意的是，`shutdownOutput()`方法只关闭Socket的输出流，而不会关闭整个Socket连接。如果需要关闭整个Socket连接，可以调用Socket的`close()`方法。

以下是一个简单的示例代码片段，演示了如何使用`shutdownOutput()`关闭Socket的输出流：

Socket socket = new Socket("localhost", 8080);
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    
    // 向输出流中写入数据
    outputStream.write("Hello, server!".getBytes());
    
    // 关闭输出流
    socket.shutdownOutput();
    
    // 继续使用输入流接收数据
    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    // ... 进行接收数据的操作
    
    // 关闭Socket连接
    socket.close();

这段代码连接到本地的8080端口，并向服务器发送一条消息。然后，关闭了Socket的输出流，但仍然可以使用输入流来接收来自服务器的响应。

请注意，在具体的应用中，需要根据实际需求和套接字的使用情况来决定是否需要关闭输出流。

### 五、什么是单线程服务端与多线程服务端以及区别？ ###

**单线程的服务端**和**多线程的服务端**是两种常见的服务器架构模式，它们在处理客户端请求和并发性方面有所不同。

####    1. 单线程的服务端 ####

\- 单线程服务端使用单个线程来处理客户端请求。当有新的客户端连接时，服务端会依次处理每个客户端的请求，直到完成处理后再处理下一个客户端请求。  
\- 单线程服务端适用于低并发的场景，其中客户端请求的处理时间较短，不会造成服务端的阻塞。

####    2. 多线程的服务端 ####

\- 多线程服务端使用多个线程来并发处理客户端请求。当有新的客户端连接时，服务端会创建一个新的线程来处理该客户端的请求，使得多个客户端可以同时得到服务端的响应。  
\- 多线程服务端适用于高并发的场景，其中可能存在长时间的处理、IO操作或其他阻塞任务。通过多线程，服务端可以同时处理多个客户端的请求，提高系统的并发性能。

####    3.选择单线程或多线程的服务端取决于应用程序的需求和场景 ####

\- 如果应用程序的并发需求较低，客户端请求的处理时间较短，单线程的服务端可能足够满足需求，并且可以简化编程模型。  
\- 如果应用程序面临高并发，存在长时间的阻塞操作或需要处理复杂的业务逻辑，多线程的服务端可以提供更好的性能和响应能力。  
需要注意的是，多线程的服务端需要考虑线程安全和资源管理等问题，例如使用线程池来管理线程、同步访问共享资源等。此外，在设计服务端时，还可以考虑其他并发模型，如事件驱动、异步IO等，以满足特定场景的需求。

### 六、HTTP协议：如何让服务端和浏览器端直接通信？ ###

package socket.first;
    
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    import java.io.OutputStream;
    import java.net.InetAddress;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;
    
    /**
     * Create By Idea
     *
     * @author nigaoxian
     * @version 1.0
     * @description: TODO
     * @ClassName Server2
     * @date 2023/7/26 11:12
     */
    public class Server2 {
    
        public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
            /**
             * ServerSocket 是 Java 提供的用于监听来自客户端的连接请求的类
             * 创建一个ServerSocket对象，并将其绑定到端口号9999上，表示该服务器将在9999端口上监听连接请求。
             */
            ServerSocket server = new ServerSocket(9999);
            System.out.println("监听中》》》》》服务器启动成功");
            //进入一个无限循环，一直监听客户端的连接请求。
            while (true) {
                /**
                 * 用于接受来自客户端的连接请求。当有客户端连接时，
                 * accept()方法会返回一个Socket对象，该对象表示与客户端的通信连接。
                 * 将accept()方法返回的Socket对象赋值给新创建的socket变量
                 */
                Socket socket = server.accept();
                /**
                 * socket 是之前通过accept()方法返回的Socket对象，表示与客户端的通信连接。
                 * getInetAddress() 是Socket类的方法，用于获取远程主机的InetAddress对象。
                 * InetAddress对象表示一个IP地址。
                 */
                InetAddress inetAddress = socket.getInetAddress();
                System.out.println("客户端的IP地址是：" + inetAddress);
                System.out.println("客户端的端口号是：" + socket.getPort());
                InputStream in = socket.getInputStream();
                OutputStream out = socket.getOutputStream();
    
                //
                byte[] a = new byte[1024];
    
                int count = in.read(a);
                String str = "";
                if (count != -1) {
                    String s = new String(a, 0, count);
                    System.out.println("Server服务端接收到客户端的" + inetAddress + ":" + socket.getPort() + "的消息：" + s);
    
                    if ("q".equals(s)) { break; }
                    //if (s.contains("q")) {
                    //    break;
                    //}
                }
                System.out.println("----------处理中-----------");
                //进行一些处理（在代码中是模拟处理，休眠1秒）
                //Thread.sleep(1000);
                String msg = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type:html\r\n\r\n<html lang=\"en\">\n" +
                        "  <head>\n" +
                        "    <meta charset=\"utf-8\">\n" +
                        "    <meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, user-scalable=no, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0\">\n" +
                        "    <link rel=\"stylesheet\" href=\"//at.alicdn.com/t/font_137970_p1tpzmomxp9cnmi.css\">\n" +
                        "    <link rel='mask-icon' href=\"https://raw.githubusercontent.com/ElemeFE/element/dev/examples/assets/images/element-logo-small.svg\" color=\"#409EFF\">\n" +
                        "    <link rel=\"stylesheet\" href=\"//shadow.elemecdn.com/npm/highlight.js@9.3.0/styles/color-brewer.css\">\n" +
                        "    <title>Element - The world's most popular Vue UI framework</title>\n" +
                        "    <meta name=\"description\" content=\"Element，一套为开发者、设计师和产品经理准备的基于 Vue 2.0 的桌面端组件库\" />\n" +
                        "  <link rel=\"shortcut icon\" href=\"favicon.ico\"><link href=\"element-ui.74eb931.css\" rel=\"stylesheet\"><link href=\"docs.9dafa11.css\" rel=\"stylesheet\"></head>\n" +
                        "  <body>\n" +
                        "    <script>\n" +
                        "      if (!window.Promise) {\n" +
                        "        document.write('<script src=\"//cdn.jsdelivr.net/npm/es6-promise@4.1.1/dist/es6-promise.min.js\"><\\/script><script>ES6Promise.polyfill()<\\/script>')\n" +
                        "      }\n" +
                        "    </script>\n" +
                        "    <div id=\"app\"></div>\n" +
                        "    \n" +
                        "      <script src=\"//shadow.elemecdn.com/npm/vue@2.5.21/dist/vue.runtime.min.js\"></script>\n" +
                        "      <script src=\"//shadow.elemecdn.com/npm/vue-router@3.0.1/dist/vue-router.min.js\"></script>\n" +
                        "      <script src=\"//shadow.elemecdn.com/app/element/highlight.pack.b1f71b31-3c07-11e9-ba1a-55bba1877129.js\"></script>\n" +
                        "    \n" +
                        "  <script type=\"text/javascript\" src=\"element-ui.5f711cb.js\"></script><script type=\"text/javascript\" src=\"docs.5f711cb.js\"></script></body>\n" +
                        "  <script>\n" +
                        "    (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){\n" +
                        "    (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),\n" +
                        "    m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)\n" +
                        "    })(window,document,'script','https://www.google-analytics.com/analytics.js','ga');\n" +
                        "\n" +
                        "    ga('create', 'UA-84335471-1', 'auto');\n" +
                        "    ga('send', 'pageview');\n" +
                        "\n" +
                        "    window.addEventListener('hashchange', function () {\n" +
                        "      ga('set', 'page', window.location.href);\n" +
                        "      ga('send', 'pageview');\n" +
                        "    });\n" +
                        "  </script>\n" +
                        "  \n" +
                        "</html>\n";
                out.write(msg.getBytes());
    
    
                System.out.println("结束客户端" + inetAddress + ":" + socket.getPort() + "的服务");
                socket.close();
    
            }
    
            server.close();
    
    
        }
    }

### 七、用Socket实现聊天室，双方能够同时收发消息。 ###

**Server类**

package socket.second;
    
    import java.io.*;
    import java.net.*;
    
    public class Server {
        public static void main(String[] args) {
            try {
                // 创建ServerSocket对象，监听指定端口
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
    
                // 等待客户端连接
                System.out.println("等待客户端连接...");
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("客户端已连接");
    
                // 创建输入流和输出流
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                PrintWriter writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()), true);
    
                // 创建线程用于接收客户端消息
                Thread receiveThread = new Thread(() -> {
                    try {
                        while (true) {
                            String message = reader.readLine();
                            System.out.println("客户端：" + message);
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
                receiveThread.start();
    
                // 从控制台读取消息并发送给客户端
                BufferedReader consoleReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
                String message;
                while ((message = consoleReader.readLine()) != null) {
                    writer.println(message);
                }
    
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

**Client类**

package socket.second;
    
    import java.io.*;
    import java.net.*;
    
    public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            try {
                // 创建Socket对象，指定服务器IP地址和端口
                Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
    
                // 创建输入流和输出流
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                PrintWriter writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()), true);
    
                // 创建线程用于接收服务器消息
                Thread receiveThread = new Thread(() -> {
                    try {
                        while (true) {
                            String message = reader.readLine();
                            System.out.println("服务器：" + message);
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
                receiveThread.start();
    
                // 从控制台读取消息并发送给服务器
                BufferedReader consoleReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
                String message;
                while ((message = consoleReader.readLine()) != null) {
                    writer.println(message);
                }
    
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }