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