【新手向】从零开始学习Java(Day29)Java 网络编程

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目录

网络编程基础概念

Socket(套接字)

ServerSocket 类(服务器端)

构造方法

常用方法

Socket 类

构造方法

常用方法

InetAddress 类

本地实例

服务端

客户端

运行步骤

下节预告


网络编程基础概念

网络编程是指编写运行在多个设备(计算机)的程序,这些设备都通过网络连接起来。

网络模型用于描述网络的结构原理和工作原理,主要有 OSI 模型和 TCP/IP 模型

OSI模型层级TCP/IP模型层级核心功能典型协议/设备
应用层应用层用户交互接口HTTP、FTP、SMTP
表示层数据格式转换/加密SSL、JPEG、ASCII
会话层建立/管理会话NetBIOS、RPC
传输层传输层端到端连接控制TCP、UDP
网络层网络层路由寻址IP、ICMP、路由器
数据链路层网络接口层物理寻址/数据帧传输Ethernet、ARP、交换机
物理层比特流传输光纤、网卡、集线器

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口,它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口,来专注于解决问题,而不用关注通信细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持:

TCP:(Transmission Control Protocol,传输控制协议) 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,TCP 层是位于 IP 层之上,应用层之下的中间层。TCP 保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议,被称 TCP / IP。

UDP:(User Datagram Protocol,用户数据报协议),位于 OSI 模型的传输层。一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送数据的数据报。由于UDP缺乏可靠性且属于无连接协议,所以应用程序通常必须容许一些丢失、错误或重复的数据包

Socket(套接字)

数据包经常通过 Socket(套接字) 来传输,Socket 使用 TCP 提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个Socket,并尝试连接服务器的Socket。

当连接建立时,服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。

java.net.Socket 类代表一个套接字

java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种监听客户端,并与他们建立连接的机制。

两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时有如下步骤:

  1. 服务器实例化一个 ServerSocket 对象,表示通过服务器上的端口通信。

  2. 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法,该方法将一直等待,直到客户端连接到服务器上给定的端口。

  3. 服务器正在等待时,一个客户端实例化一个 Socket 对象,指定服务器名称和端口号来请求连接。

  4. Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立,则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。

  5. 在服务器端,accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用,该 socket 连接到客户端的 socket。

  6. 连接建立后,通过使用 I/O 流进行通信,每一个socket都有一个输出流和一个输入流,客户端的输出流连接到服务器端的输入流,而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。(TCP 是一个双向的通信协议,因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送。

ServerSocket 类(服务器端)

如上面介绍,服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

构造方法

方法描述

public ServerSocket(int port)

throws IOException

创建绑定到特定端口的服务器套接字。

public ServerSocket(int port, int backlog)

throws IOException

利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。

public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address)

throws IOException

使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

public ServerSocket()

throws IOException

创建非绑定服务器套接字。

如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常,就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口,并且侦听客户端请求。

常用方法

方法描述
public int getLocalPort()  返回此套接字在其上侦听的端口。

public Socket accept()

throws IOException

侦听并接受到此套接字的连接。
public void setSoTimeout(int timeout) 通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT,以毫秒为单位。
public void bind(SocketAddress host, int backlog)将 ServerSocket 绑定到特定地址(IP 地址和端口号)。

Socket 类

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ,而服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

构造方法

方法描述

public Socket(String host, int port)

throws UnknownHostException, IOException.

创建一个套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

public Socket(InetAddress host, int port)

throws IOException

创建一个套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。

public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort)

throws IOException.

创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。

public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort)

throws IOException.

创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
public Socket()通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

常用方法

方法描述

public void connect(SocketAddress host, int timeout)

throws IOException

将此套接字连接到服务器,并指定一个超时值
public InetAddress getInetAddress() 返回套接字连接的地址。
public int getPort()返回此套接字连接到的远程端口。
public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。
public SocketAddress getRemoteSocketAddress()返回此套接字连接的端点的地址,如果未连接则返回 null。

public InputStream getInputStream()

throws IOException

返回此套接字的输入流。

public OutputStream getOutputStream()

throws IOException

返回此套接字的输出流。
public void close() throws IOException关闭此套接字。

InetAddress 类

InetAddress类用于表示互联网协议(IP)地址。

常用方法如下:

方法描述
static InetAddress getByAddress(byte[] addr)在给定原始 IP 地址的情况下,返回 InetAddress 对象。
static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。
static InetAddress getByName(String host)在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
String getHostAddress() 返回 IP 地址字符串(以文本表现形式)。
String getHostName()  获取此 IP 地址的主机名。
static InetAddress getLocalHost()返回本地主机。
String toString()将此 IP 地址转换为 String。

本地实例

服务端
import java.io.*;
import java.net.*;

public class TcpEchoServer {
    public static void main(String[] args) {
        final int PORT = 8888;
        
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT)) {
            System.out.println("服务器已启动,监听端口:" + PORT);

            while (true) {
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                new ClientHandler(clientSocket).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("服务器启动失败: " + e.getMessage());
        }
    }

    private static class ClientHandler extends Thread {
        private final Socket socket;

        public ClientHandler(Socket socket) {
            this.socket = socket;
        }

        @Override
        public void run() {
            try (BufferedReader in = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                 PrintWriter out = new PrintWriter(
                    socket.getOutputStream(), true)) {

                String clientAddress = socket.getInetAddress().getHostAddress();
                System.out.println("客户端连接: " + clientAddress);

                String inputLine;
                while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                    System.out.println("收到消息: " + inputLine);
                    String response = inputLine.toUpperCase();
                    out.println(response);
                    System.out.println("发送响应: " + response);
                }
            } catch (IOException e) {
                System.err.println("客户端处理异常: " + e.getMessage());
            } finally {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.err.println("关闭连接异常: " + e.getMessage());
                }
            }
        }
    }
}
客户端
import java.io.*;
import java.net.*;

public class TcpEchoClient {
    public static void main(String[] args) {
        final String SERVER_IP = "127.0.0.1";
        final int PORT = 8888;

        try (Socket socket = new Socket(SERVER_IP, PORT);
             BufferedReader in = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             PrintWriter out = new PrintWriter(
                socket.getOutputStream(), true);
             BufferedReader stdIn = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(System.in))) {

            System.out.println("已连接到服务器 " + SERVER_IP + ":" + PORT);
            System.out.println("输入消息 (输入 'exit' 退出):");

            String userInput;
            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                if ("exit".equalsIgnoreCase(userInput)) break;
                
                out.println(userInput);
                String response = in.readLine();
                System.out.println("服务器响应: " + response);
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("找不到主机: " + e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("连接失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}
运行步骤

1. 编译代码

javac TcpEchoServer.java TcpEchoClient.java

2. 启动服务器

java TcpEchoServer

3. 启动客户端(客户端可以是多个)

java TcpEchoClient

4. 在不同的客户端向服务器发消息,观察效果。

下节预告

下节开始,笔者将详细介绍 Java 多线程,有疑惑可私信或评论区提出,and不妨动动发财的手点个赞吧,明天见!

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