Java网络编程

一、 网络编程入门

我们首先来认识一下什么是网络编程
1、网络编程是指编写运行在多个设备上（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。
2、网络编程三要素
（1）IP地址
要想让网络中的计算机能够相互通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定要接收数据的计算机和识别发送的计算机，而IP地址就是这个标识号。也就是这个设备的标识。
（2）端口
网络的通信，本质上是两个应用程序的通信。每个计算机都有很多的应用程序，那么在网络通信时，如何区分这些应用程序呢？如果说IP地址可以唯一表示网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的应用程序了。也就是应用程序的标识。
（3）协议
通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则。在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。常见的协议有UDP协议和TCP协议。
3、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是非常麻烦的。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分割不同的字节。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容易记忆得多。
• IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量越来越大，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。

常用命令：

• ipconfig：查看本机IP地址
• ping IP地址：检查网络是否连通

4、InetAddress的使用
InetAddress：此类表示Internet协议（IP）地址

方法名	说明
static InetAddress getByName(String host)	确定主机名称的IP地址。主机名称可以是机器名称，也可以是IP地址
String getHostName()	获取此IP地址的主机名
String getHostAddress()	返回文本显示中的IP地址字符串

示例代码如下：

		//测试类中
		InetAddress address = InetAddress.getByName("LAPTOP-8OO9KL0D");//注意抛出异常
        String name = address.getHostName();
        String ip = address.getHostAddress();
        System.out.println("主机名："+name);
        System.out.println("IP地址："+ip);

运行结果如下：

主机名：LAPTOP-8OO9KL0D
IP地址：20.46.370.280

5、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0 ~ 65535。其中，0 ~ 1023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。
6、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，当一台计算机向另外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，同样在接收端收到数据时，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
• 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，由客户端向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
• 完成三次握手，建立连接后，客户端和服务器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、浏览网页等。

二、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，接受数据的对象。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的概念。
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
示例代码如下：

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //创建数据，并把数据打包
        byte[] bys = "hello,udp".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length,InetAddress.getByName("LAPTOP-5OO3SN0C"),10086);
        //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
示例代码如下：

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
        byte[] bys = new byte[1024];
        //创建一个数据包，用于接收数据
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length);
        ds.receive(dp);
        //解析数据包，并把数据在控制台显示
        byte[] datas = dp.getData();
        int len = dp.getLength();
        String dataString = new String(datas,0,len);
        System.out.println("数据是："+dataString);
        ds.close();
    }

三、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接口，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
示例代码：

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket s = new Socket("192.168.1.109",10000);
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,dsb".getBytes());
        s.close();
    }

上述代码还不能成功执行，因为我们只写了发送端，而TCP协议需要“三次握手”。
3、TCP接收数据
接收数据的步骤
（1）创建服务端的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
示例代码：

        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
        //Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它
        Socket s = ss.accept();
        //获取输入流，读数据
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("数据是："+data);
        s.close();
        ss.close();