网络编程

2021-09-30 01:27:56

1.网络编程入门

计算机网络
  • 是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统

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网络编程
  • 在网络通信协议下，实现网络互连的不同计算机运行的程序间可以进行数据交换
网络编程三要素

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（1）IP地址

IP地址：是网络中设备的唯一标识

IP地址分为两大类：

  • IPv4：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来太费劲了。为了方便数组，IP地址经常被写成十进制形式，中间使用符号 “.” 分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆的多
  • IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。为了扩大地址空间，通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题
常用命名：
  • ipconfig：查看本机IP地址
  • ping IP地址：检查网络是否连通
  • 特殊IP地址
    • 127.0.0.1：是回送地址，可以代表本机地址，一般用来测试使用
InetAddress 的使用

为了方便我们对IP地址的获取和操作，Java提供了一个类InetAddress 供我们使用

InetAddress ：此类表示Internet协议(IP)地址

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public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
    InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.66");
    String hostName = address.getHostName();
    String ip = address.getHostAddress();
    
    System.out.println("主机名："+hostName);
    System.out.println("IP地址："+ip);
}

（2）端口

端口：设备上应用程序的唯一标识

端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是065535。其中，01023 之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败

（3）协议

协议：计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议

UDP协议

  • 用户数据报协议（User Datagram Protocol）

  • UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

    由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输

  • 例如视频会议通常采用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议

TCP协议

  • 传输控制协议（Transmission Control Protocol）
  • TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，有客户端想服务器端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”
  • 三次握手：TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器端之间的三次交互，以保证连接的可靠
    • 第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器端确认
    • 第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求
    • 第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接

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  • 完成三次握手后，连接建立，客户端和服务器端就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛。例如上传文件、下载文件和浏览网页等等

2.UDP通信程序

（1）UDP通信原理

UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，但是这两个Socket只是发送、接收数据的对象，因此对于基于UDP协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器端概念。Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket

（2）UDP发送数据

发送数据的步骤：
  1. 创建发送端的Socket对象（DatagramSocket）
  2. 创建数据，并把数据打包
  3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
  4. 关闭发送端
// 一：
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建发送端的Socket对象（DatagramSocket）
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    // 创建数据，并把数据打包
    byte[] bys = "hello,UDP 我来了".getBytes();
    int length = bys.length;
    InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.66");
    int port = 10086;
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,length,address,port);
    // 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
    ds.send(dp);
    // 关闭发送端
    ds.close();
}

// 二：发送的数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建发送端的Socket对象（DatagramSocket）
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    // 录入数据，并把数据打包
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    String line;
    while((line=br.readLine()) != null){
        // 当输入的是886时，发送数据结束
        if("886".equal(line)){
            break;
        }
        // 获取录入的数据，并打包
        byte[] bys = line.getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length,InetAddress.getByName("192.168.1.66"),10086);
        // 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
        ds.send(dp);
    }
    // 关闭发送端
    ds.close();
}

（3）UDP接收数据

接收数据的步骤：
  1. 创建接收端的Socket对象（DatagramSocket）
  2. 创建一个数据包，用于接收数据
  3. 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
  4. 解析数据包，并把数据在控制台显示
  5. 关闭接收端
// 一：
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建接收端的Socket对象（DatagramSocket）
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
    // 创建一个数据包，用于接收数据
    byte[] bys = new byte[1024];
    int length = bys.length;
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,length);
    // 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
    ds.receive(dp);
    // 解析数据包，并把数据在控制台显示
    byte[] datas = ds.getData();
    int len = dp.getLength(); // 实际接收到的数据长度
    String datasString = new String(datas,0,len);
    System.out.println("接收到的数据是："+datasString);
    // 关闭接收端
    ds.close();
}

// 二：因为接收端不清楚发送端什么时候停止发送，故采用死循环接收
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建接收端的Socket对象（DatagramSocket）
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
    while(true){
        // 创建一个数据包，用于接收数据
        byte[] bys = new byte[1024];
        int length = bys.length;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,length);
        // 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
        ds.receive(dp);
        // 解析数据包，并把数据在控制台显示
        System.out.println("接收到的数据是："+new String(ds.getData(),0,dp.getLength()));
    }
    // 关闭接收端
    ds.close();
}

3.TCP通信程序

（1）TCP通信原理

TCP通信协议是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，从而在通信的两端形成网络虚拟链路，一旦建立了虚拟的网络链路，两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信。

Java对基于TCP协议的网络提供了良好的封装，使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信

Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类

（2）TCP发送数据

发送数据的步骤：
  1. 创建客户端的Socket对象（Socket）
  2. 获取输出流，写数据
  3. 释放资源
// 一：
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建客户端的Socket对象（Socket）
    Socket s = new Socket("192.168.1.66",10000);
    // 获取输出流，写数据
    OutputStream os = new s.getOutputStream();
    os.write("hello,TCP,我来了".getBytes());
    // 释放资源
    s.close();
}

// 二：发送的数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建客户端的Socket对象（Socket）
    Socket s = new Socket("192.168.1.66",10000);
    // 录入数据，并把数据打包
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    // 封装输出流对象
    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
    String line;
    while((line=br.readLine()) != null){
        // 当输入的是886时，发送数据结束
        if("886".equal(line)){
            break;
        }
        bw.write(line);
        bw.newLine();
        bw.flush();
    }
    // 关闭发送端
    s.close();
}

（3）TCP接收数据

接收数据的步骤：
  1. 创建服务器端的Socket对象（ServerSocket）
  2. 获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
  3. 释放资源
// 一：
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建服务器端的Socket对象（ServerSocket）
    ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
    Socket s = ss.accept();
    // 获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
    InputStream is = s.getInputStream();
    byte[] bys = new byte[1024];
    int len= is.read(bys);
    System.out.println("接收到的数据是："+new String(bys,0,len));
    // 释放资源
    ss.close();
}

// 二：因为服务器端不清楚客户端什么时候停止发送，故采用死循环接收
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建服务器端的Socket对象（ServerSocket）
    ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
    Socket s = ss.accept();
    // 解析数据包，并把数据在控制台显示
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
    String line;
    while((line=br.readLine()) != null){
        System.out.println("接收到的数据是："+line);
	}
    // 释放资源
    ss.close();
}
练习案例：
  • 客户端：数据来自于文本文件，接收服务器反馈
  • 服务器：接收到的数据写入文本文件，给出反馈，代码用线程进行封装，为每一个客户端开启一个线程
// 客户端
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建客户端的Socket对象（Socket）
    Socket s = new Socket("192.168.1.66",10000);
    // 封装文本文件的数据
    BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("InetAddressDemo.java"));
    // 封装输出流对象
    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
    String line;
    while((line=br.readLine()) != null){
        bw.write(line);
        bw.newLine();
        bw.flush();
    }
    // 防止读数据是阻塞式的
    s.shutdownOutput();
    // 接收反馈
    BufferedReader brClient = new BufferedReader(InputStreamReader(s.getInputStream()));
    String data = brClient.readLine();
    System.out.println("服务器端的反馈："+data);
    // 释放资源
    br.close();
    s.close();
}

// 服务器端
public static void main(String[] args) throws IOException{
    // 创建服务器端的Socket对象（ServerSocket）
    ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
    while(true){
        Socket s = ss.accept();
        // 为每一个客户端开启一个线程
        new Thread(new ServerThread(s)).start();
    }
    
    // 一般来说服务器是不关闭的，再次就不释放资源
}

// 线程类
public class ServerThread implements Runnable {
    private Socket s;
    public ServerThread(Socket s){
        this.s = s;
    }
    @Override
    public void run(){
        try{
        	// 接收数据写到文本文件中
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
            // 解决客户端多次请求，文件名称重复冲突的问题
            int count = 0;
            File file = new File("Copy["+count+"].java");
            while(file.exists()){
                count++;
                file = new File("Copy["+count+"].java");
            }
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(file));
            
            String line;
            while((line=br.readLine()) != null){
                bw.write(line);
                bw.newLine();
                bw.flush();
            }
            // 给出客户端反馈
            BufferedWriter bwServer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
            bwServer.write("文件上传成功");
            bwServer.newLine();
            bwServer.flush();
            
            // 释放资源
            s.close();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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