java学习路程之网络编程(TCP/UDP)

本文深入解析了网络编程的核心概念,包括IP地址、端口号的作用,TCP与UDP协议的区别及应用场景,详细介绍了TCP三次握手过程,UDP协议的特点以及两种协议在实际开发中的运用,通过实例演示了如何使用Java进行TCP与UDP的编程。

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一.InetAddress

public class Demo01 {

	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
		//inetAddress 是IP地址的抽象类
		InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
		System.out.println(localHost);
		// 获取ip对象的主机名
		String hostName = localHost.getHostName();
		System.out.println(hostName);
		// 获取ip对象的ip地址
		String hostAddress = localHost.getHostAddress();
		System.out.println(hostAddress);
		// 根据域名获取ip对象
		InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
		System.out.println(ip2.getHostAddress());
		String hostName2 = ip2.getHostName();
		System.out.println(hostName2);
		// 特殊的ip地址: 127.0.0.1  域名:localhost
		// 127.0.0.1 是本地回环地址,自己的电脑访问自己的时候可以输入:localhost/127.0.0.1
	}
}

二.TCP

1.TCP协议
TCP协议是面向连接的通信协议,即在传输数据前先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,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都需要经过“三次握手”。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。
2.TCP/IP协议组的层次结构
1).链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网线提供的驱动。
2).网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。
3).传输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。
4).应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等。
3.端口号:
通过IP地址可以连接到指定计算机,但如果想访问目标计算机中的某个应用程序,还需要指定端口号。在计算机中,不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节(16位的二进制数)表示的,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,用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号,从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。
客户端

public class ClientTCP {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		System.out.println("客户端请求连接");
		//* 1.创建客户端Socket对象绑定要连接的服务器IP地址和端口号
		Socket client = new Socket("172.18.25.152", 6666);
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		while(true){
			//* 2.获取服务器返回的数据getInputStream()
			// 先给服务器发送信息
			System.out.println("请输入要发送的信息");
			String msg = sc.next();
			OutputStream os = client.getOutputStream();
			os.write(msg.getBytes());
			System.out.println("我" + msg);
			// 读取服务器返回的信息

			InputStream is = client.getInputStream();
			byte[] data = new byte[1024];
			int len = is.read(data);
			String message = new String(data, 0, len);
			System.out.println("接收的数据:" + message);
			 //* 3.关闭流对象
			// is.close();
			// client.close();
		}
	}
}

服务端

public class ServerTCP {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		 System.out.println("服务器启动");
		 //*1.创建ServerSocket对象,制定自己这个程序的端口号
		 ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
		 Scanner sc = new Scanner(System.in);
		 while(true){
			 //* 2.开启服务,等待客户端的连接,当客户端连接后,获取客户端对象,就是调用accept()方法,返回一个Socket对象
			 Socket client = server.accept();
			 //* 3.通过货物的Socket对象,相应数据
			 // 读取客户端发送过来的数据
			 InputStream is = client.getInputStream();
			 byte[] data = new byte[1024];
			 int len = is.read(data);
			 String msg = new String(data, 0, len);
			 System.out.println("你好" + msg);
			 // 给客户端回写数据
			 OutputStream os = client.getOutputStream();
			 System.out.println("请输入回复内容");
			 String message = sc.next();
			 os.write(message.getBytes());
			 System.out.println("我" + message);
			 //* 4.关闭流对象Socket
			 client.close();
			 // server.close();能关闭服务器,但是服务器一般全天运行
		 }
	}
}

三.UDP

1.UDP协议
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都使用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。

接收端实现步骤:

  • 1.创建DatagramSocket对象
  • 2.创建Datagrampacket对象
  • 3.调用receive方法接受发送过来的数据
  • 4.获取DatagramPacket数据
  • 5.释放DatagramSocket
public class UDPReceive {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		while(true){
			System.out.println("接收端运行,请发送消息");
			// TODO Auto-generated method stub
			//  1.创建DatagramSocket对象
			DatagramSocket receiveSocket = new DatagramSocket(12306);
			//* 2.创建Datagrampacket对象
			byte[] buffer = new byte[1024];
			DatagramPacket data = new DatagramPacket(buffer, 1024);
			//* 3.调用receive方法接受发送过来的数据
			receiveSocket.receive(data);
			// *4.获取DatagramPacket数据
			// 返回一个IP对象
			InetAddress ip = data.getAddress();
			System.out.println("ip地址:" + ip.getHostAddress());
			// 获取端口号
			int port = data.getPort();
			System.out.println("端口号:" + port);
			// 获取数据
			byte[] data2 = data.getData();
			// 获取接收到的数据的长度
			int length = data.getLength();
			// 将接受到的数据初始化为字符串
			String message = new String(data2, 0, length);
			System.out.println("接收到的信息:" + message);
			// *5.释放DatagramSocket
			receiveSocket.close();
		}
	}
}

发送端实现的步骤:

  • 1.创建DatagramSocket对象
  • 2.创建DatagramPacket对象
  • 3.调用send方法完成发送
  • 4.释放流对象
public class UDPSend {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		while(true){
			System.out.println("我是发送端");
			System.out.println("请输入要发送的消息");
			//1.创建DatagramSocket对象
			DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
			// 2.创建DatagramPacket对象
			/*参数:1 发送数据的byte数组
			 *   2.发送数据长度
			 *   3.InetAddress对象(ip)
			 *   4.端口号
			 */
			String message = sc.nextLine();
			byte[] data = message.getBytes();
			int length = data.length;
			InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
			int port = 12306;
			DatagramPacket dataPacket = new DatagramPacket(data, length, address, port);
			// 3.调用send方法完成发送
			sendSocket.send(dataPacket);
			// 4.释放流对象
			sendSocket.close();
		}
	}
}

图片上传
客户端:

public class UploadClient {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException  {
		Socket client = new Socket("172.18.25.152", 8888);
		String imgPath = "C:/Users/Administrator/Desktop/girl.jpg";
		// 获取数据的流
		OutputStream os = client.getOutputStream();
		// 创建高效流读取图片数据
		FileInputStream fis = new FileInputStream(imgPath);
		BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
		// 文件拷贝
		byte[] data = new byte[1024];
		int len = 0;
		while ((fis.read(data)) != -1) {
			os.write(data, 0, len);
		}
		// 文件读取完之后,调用Socket的shutdownOutput(),可以读取到-1
		client.shutdownOutput();
		// 读取服务器回写的数据
		InputStream is = client.getInputStream();
		len = is.read(data);
		String msg = new String(data, 0, len);
		System.out.println("回写的数据");
		fis.close();
		is.close();
		os.close();
		bis.close();
		client.close();
	}
}

服务端:

public class UploadServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException{
		ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
		Socket client = server.accept();
		InputStream is = client.getInputStream();
		// 当前时间作为图片名
		long name = System.currentTimeMillis();
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream("src/" + name +".jpg");
		// 创建高效流,把图片写到src下
		BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);
		byte[] data = new byte[1024];
		int len = 0;
		while ((len = is.read(data)) != -1) {
			bos.write(data, 0, len);
		}
		// 回写数据告诉客户端图片上传成功
		OutputStream os = client.getOutputStream();
		os.write("图片上传成功".getBytes());
		// 关闭流
		is.close();
		bos.close();
		os.close();
		client.close();
	}
}

知识点总结:
●IP地址:用来唯一表示我们自己的电脑的,是一个网络标示
●端口号: 用来区别当前电脑中的应用程序的
●UDP: 传送速度快,但是容易丢数据,如视频聊天,语音聊天
●TCP: 传送稳定,不会丢失数据,如文件的上传、下载
●UDP程序交互的流程

■发送端
1,创建DatagramSocket对象
2,创建DatagramPacket对象,并封装数据
3,发送数据
4,释放流资源

■接收端
1,创建DatagramSocket对象
2,创建DatagramPacket对象
3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
4,获取DatagramPacket对象的内容
5,释放流资源

●TCP程序交互的流程
■客户端
1,创建客户端的Socket对象
2,获取Socket的输出流对象
3,写数据给服务器
4,获取Socket的输入流对象
5,使用输入流,读反馈信息
6,关闭流资源
■服务器端
1,创建服务器端ServerSocket对象,指定服务器端端口号
2,开启服务器,等待着客户端Socket对象的连接,如有客户端连接,返回客户端的Socket对象
3,通过客户端的Socket对象,获取客户端的输入流,为了实现获取客户端发来的数据
4,通过客户端的输入流,获取流中的数据
5,通过客户端的Socket对象,获取客户端的输出流,为了实现给客户端反馈信息
6,通过客户端的输出流,写数据到流中
7,关闭流资源

内容概要:该研究通过在黑龙江省某示范村进行24小时实地测试,比较了燃煤炉具与自动/手动进料生物质炉具的污染物排放特征。结果显示,生物质炉具相比燃煤炉具显著降低了PM2.5、CO和SO2的排放(自动进料分别降低41.2%、54.3%、40.0%;手动进料降低35.3%、22.1%、20.0%),但NOx排放未降低甚至有所增加。研究还发现,经济性和便利性是影响生物质炉具推广的重要因素。该研究不仅提供了实际排放数据支持,还通过Python代码详细复现了排放特征比较、减排效果计算和结果可视化,进一步探讨了燃料性质、动态排放特征、碳平衡计算以及政策建议。 适合人群:从事环境科学研究的学者、政府环保部门工作人员、能源政策制定者、关注农村能源转型的社会人士。 使用场景及目标:①评估生物质炉具在农村地区的推广潜力;②为政策制定者提供科学依据,优化补贴政策;③帮助研究人员深入了解生物质炉具的排放特征和技术改进方向;④为企业研发更高效的生物质炉具提供参考。 其他说明:该研究通过大量数据分析和模拟,揭示了生物质炉具在实际应用中的优点和挑战,特别是NOx排放增加的问题。研究还提出了多项具体的技术改进方向和政策建议,如优化进料方式、提高热效率、建设本地颗粒厂等,为生物质炉具的广泛推广提供了可行路径。此外,研究还开发了一个智能政策建议生成系统,可以根据不同地区的特征定制化生成政策建议,为农村能源转型提供了有力支持。
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