前言：

　　如今，網絡編程已然成為了一個后端開發工程師需要具備的核心技能之一。因此，該博客力求提供最簡單、通俗的描述方式，來描繪網絡編程中常見的知識點，同時附帶代碼示例，后期會加上具體的抓包分析，實際項目、框架案例，希望可以和大家共同探索網絡世界。

什么是socket？

　　在計算機通訊領域，socket被翻譯為 “套接字”。

　　但是這種翻譯方法其實是不優雅的，因為從字面意思來看，我們並不能很直白的理解socket的具體用途。如果可以的話，我更希望它被翻譯成 “通訊插頭”。

　　我們可以這樣想象一下，現在有一根“網線”，一頭連接着客戶端，一頭連接着服務器，客戶端和服務器的數據通過這跟“網線”來進行傳輸，而socket的作用，其實就相當於連接網線的插頭。在通訊之前，客戶端和服務器都要建立一個socket。

socket在網絡編程中的位置

socket是基於TCP、UDP協議的，如果你熟悉TCP/IP協議。你就會知道，TCP、UDP屬於 傳輸層。由於我們主要是學習Socket，所以這里只是簡單介紹一下這兩種協議：

1. TCP是面向連接的、UDP是面向無連接的，所謂面向連接，指的就是通訊雙方會維護一組狀態，保證連接的可靠性。
2. TCP的數據包結構相對復雜，而UDP則相對簡單。無論是TCP還是UDP，他們的包頭上都應該有端口號和目標端口號，TCP的包頭上有序號（順序），確認序號（不丟包）、窗口大小（流量控制 & 擁塞控制）、狀態碼（FIN ACK SYN）等。TCP和UDP的包頭如下圖。
3. TCP數據傳輸方式是基於數據流的，而UDP則是基於數據報。

udp包頭

tcp包頭

（我們將在其他博文中對TCP和UDP進行具體講解）

　 一個包在網絡中傳輸，一定不會只有上層沒下層。TCP、UDP處於傳輸層。TCP/IP協議從上到下分別為： 應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層、物理層。所以傳輸層的數據包想要在網絡中傳輸，除了端口號，我們還需要網絡層中的ip地址。socket的創建需要提供的信息就是 ip+端口。

如何使用socket：

TCP是基於數據流的，所以如果是基於TCP的Socket，我們就需要建立連接，然后獲取數據流，再進行通訊。

每對連接需要建立一組socket，具體步驟如下：

代碼（TCP）：

服務器：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 服務器.
 *
 * @author jialin.li
 * @date 2019-12-10 19:45
 */
public class TcpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int port = 8099;
        ServerSocket connectionSocket = new ServerSocket(port);
        // 監聽端口，accept為阻塞方法
        System.out.println("Get socket successfully, wait for request...");
        Socket communicationSocket = connectionSocket.accept();
        // 獲取輸入流，讀取數據
        InputStream inputStream = communicationSocket.getInputStream();
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
        String message;
        while ((message = bufferedReader.readLine()) != null) {
            System.out.printf("get message from client : %s",message);
        }
        communicationSocket.shutdownInput();
        // 獲取輸出流,返回結果
        OutputStream outputStream = communicationSocket.getOutputStream();
        OutputStreamWriter outputStreamWriter = new OutputStreamWriter(outputStream);
        BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(outputStreamWriter);
        bufferedWriter.write("I got your message and the communication is over.");
        bufferedWriter.flush();
        communicationSocket.shutdownOutput();
        // 關閉資源
        bufferedWriter.close();
        bufferedReader.close();
    }
}

客戶端：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.Socket;

/**
 * 客戶端.
 *
 * @author jialin.li
 * @date 2019-12-10 22:30
 */
public class TcpClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 指定ip 端口，創建socket
        String host = "127.0.0.1";
        int port = 8099;
        Socket communicationSocket = new Socket(host, port);
        // 獲取輸出流,寫入數據
        OutputStream outputStream = communicationSocket.getOutputStream();
        OutputStreamWriter outputStreamWriter = new OutputStreamWriter(outputStream);
        BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(outputStreamWriter);
        bufferedWriter.write("hello world");
        bufferedWriter.flush();
        communicationSocket.shutdownOutput();
        // 獲取輸入流,讀取服務器返回信息
        InputStream inputStream = communicationSocket.getInputStream();
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
        String message;
        while ((message = bufferedReader.readLine()) != null) {
            System.out.printf("get message from server : %s", message);
        }
        communicationSocket.shutdownInput();
        // 關閉資源
        bufferedWriter.close();
        bufferedReader.close();
    }
}

執行結果：

server：

Get socket successfully, wait for request...
get message from client : hello world

client：

get message from server : I got your message and the communication is over.

outputStream.close與shutdownOutput的區別：

　　這里只對outputStream進行分析，inputStream與之相同。

　　可以看出，上述代碼，我們在執行完輸入/輸出動作之后，會調用一個shutdownInput/shutdownOutput方法，這個方法有什么作用呢？可不可以用close方法替代？

　　首先，我們閱讀jdk中關於該方法的doc注釋：

Disables the output stream for this socket.
For a TCP socket, any previously written data will be sent
followed by TCP's normal connection termination sequence.

If you write to a socket output stream after invoking
shutdownOutput() on the socket, the stream will throw
an IOException.

　　大體意思是說，該方法會禁用socket的輸出流，對於基於TCP協議的Socket，任何在方法執行之前發送數據，都可以被正常發送，如果在這個方法執行后發送數據，就會拋出一個IO異常。通過該方法關閉流，Socket連接不會收到影響，但是如果我們直接使用close方法關閉流，那么Socket連接也會隨之關閉。接下來我們來測試一下，在Server中用inputStream.close來代替socket.shutdownInput方法。

結果是由於inputStream.close提前關閉了socket，導致服務器在輸出數據的時，socket.getOutputStream方法拋出異常：java.net.SocketException: Socket is closed　

為什么我們每次調用BufferedWrite的write方法，都要調用flush方法：

　　這個問題不屬於網絡編程的范疇，但卻是我們在寫socket程序時，很容易犯的一個錯誤。bufferedWrite是字符緩存流，它的原理其實很簡單，在內存中設置一個緩存區，將原本逐個發送的字符緩存起來，批量發送（有很多框架也采用了這種思想，比如kafka的批量發送），flush方法是手動的將我們緩存區中的數據刷出。緩存區中的數據，將會在流關閉之前，進行flush。但是由於我們在發送數據之后，調用了shutdownOutput方法，導致最后close的時候，沒辦法將緩存區中的數據flush，因此會拋出一個寫入失敗的異常：java.net.SocketException: Broken pipe (Write failed)。

UDP是基於數據報的，因此不需要每對連接都建立一組socket，而是只要有一個socket，就能與多個客戶端通訊，所以只需要通過創建數據報，然后通過socket發送即可，具體步驟如下：

代碼（UDP）：