Java学习笔记——网络编程

网络编程

网络编程基础概念

1、网络

将不同区域的电脑连接到一起，组成局域网、城域网或广域网。把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源

2、计算机网络

是指将地理位置相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

3、通信协议

计算机网络中实现通信必须有一些约定即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准

4、通信接口

为了使两个结点之间能进行对话，必须在它们之间建立通信工具(即接口)，使彼此之间能进行信息交换

接口包括两部分：

• 硬件装置：实现节点之间的信息传送

• 软件装置：规定双方进行通信的约定协议

网络分层

• 由于结点之间联系很复杂，在指定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将他们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系

• TCP/IP是一个协议族，也是按照层次划分，共四层：应用层，传输层，互连网络层，接口层(物理+数据链路层)

• OSI网络通信协议模型，是一个参考模型，而TCP/IP协议是事实上的标准。TCP/IP协议参考了OSI模型，但是并没有严格按照OSI规定的七层标准去划分，而只划分了四层，这样会更简单点，当划分太多层时，你很难区分某个协议是属于哪个层次的

网络编程三要素

1、IP地址

• 要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定要接受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。每台计算机都有很多的应用程序，那么在网络通信时，如何区别这些应用程序呢？如果说IP地址可以唯一的标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的应用程序，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，位于同一网络中的计算机进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为计算机网络通信协议。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TCP协议，UDP协议，HTTP协议（超文本传输协议），ftp协议（文件上传协议），SMTP协议（发送邮件·），

IP地址

IP地址：是网络中设备的唯一标识

Java中的InetAddress类

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地址的长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲了。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 “点分十进制法”，这显然比1和0容易记得多

• 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128bit地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，这就解决了网络地址资源数量不够的问题

  

常用DOS命令

• 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

• 190.168.0.0 – 192.168.255.255：私有地址，属于非注册地址，专门为组织机构内部使用

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，用于封装计算机的IP地址和DNS(没有端口信息)

方法名	描述
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地址和域名
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

 public class InetAddressDemo {
     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
 //        InetAddress address = InetAddress.getByName("DreamDragon");
 //        InetAddress address = InetAddress.getByName("10.19.65.91");
         InetAddress address = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
 ​
         String name = address.getHostName();
         String ip = address.getHostAddress();
     
         System.out.println("主机名：" + name);
         System.out.println("IP地址: " + ip);
     }
 ​
 }

• 主机名称可以在 Windows设置 - 系统 - 关于 里找到和重命名（Win10）

端口

端口相关概念

端口：设备上应用程序的唯一标识，表示计算机上的一个程序进程。不同的进程有不同的端口号，用来区分软件

端口号： 用两个字节表示的整数，它的取值范围是0 - 65535。单个协议下，端口号不能冲突

• 公认端口：0 - 1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，

  • HTTP:80

  • HTTPS:43

  • FTP:21

  • TELENT:23

• 注册端口：1024 - 49151 分配给用户进程或应用程序

  • Tomcat：8080

  • MySQL：3306

  • Oracle：1521

• 动态/私有端口: 49152 - 65535

• 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

端口相关DOS命令

• 查看所有端口：netstat -ano

• 查看指定端口：netstat -aon|findstr "80"

• 查看指定进程：tasklist|findstr "12476"

• 查看具体程序：使用任务管理器查看PID

IntetSocketAddress类

• 包含IP和端口信息，常用于Socket通信。此类实现IP套接字地址(IP地址+端口号)，不依赖任何协议

常用构造器

构造方法	说明
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)	从IP地址和端口号创建套接字地址
InetSocketAddress(int port)	创建一个套接字地址，其中IP地址为通配符地址，端口号为指定值
InetSocketAddress(String hostname, int port)	根据主机名和端口号创建套接字地址

常用方法

方法	说明
InetAddress getAddress()	获得 InetAddress
int getPort()	获取端口号
String getHostName()	获取主机名

 public class PostTest {
     public static void main(String[] args) {
         //包含端口
         InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080);
         InetSocketAddress socketAddress2 = new InetSocketAddress("localhost",9000);
         System.out.println(socketAddress.getHostName());    // 获取主机名
         System.out.println(socketAddress.getAddress());     // 获取地址
         System.out.println(socketAddress2.getAddress());
         System.out.println(socketAddress.getPort());        // 获取端口号
         System.out.println(socketAddress2.getPort());
     }
 }
 123456789101112

• 关于localhost

URL

URL基本概念

URL: Uniform Resource Locator 统一资源定位符

• 表示统一资源定位符，指向万维网上的“资源”的指针。用于区分、定位资源

• 一个标准的URL必须包括：protocol（方案或协议）、host（主机）、port（端口）、path（路径）、parameter（ 查询参数）、anchor（锚点）

• 在www上，每一信息资源都有统一且唯一的地址

• 如：http://www.google.com:80/index.html，分四部分组成：协议、存放资源的主机域名、端口号、资源文件名

---

URL类

构造器	说明
URL(String spec)	从 String表示形成一个 URL对象

常用方法	说明
String getProtocol()	获取此 URL的协议名称
String getHost()	获取此 URL的主机名(如适用)
int getPort()	获取此 URL的端口号
String getPath()	获取此 URL的路径部分
String getFile()	获取此 URL的文件名
String getQuery()	获取参数
String getRef()	获取锚点

public class URLTest01 {
    public static void main(String[] args) throws MalformedURLException {
        URL url = new URL("http://www.baidu.com:80/index.html?uname=dream&age=18#a");
        // 获取四个值：协议、域名、端口、请求资源
        System.out.println("协议：" + url.getProtocol());
        System.out.println("域名|IP：" + url.getHost());
        System.out.println("端口：" + url.getHost());
        System.out.println("请求资源1：" + url.getPath());
        System.out.println("请求资源2：" + url.getFile());
        // 参数
        System.out.println("参数：" + url.getQuery());
        // 锚点
        System.out.println("锚点：" + url.getRef());
    }
}
协议：http
域名|IP：www.baidu.com
端口：www.baidu.com
请求资源1：/index.html
请求资源2：/index.html?uname=dream&age=18
参数：uname=dream&age=18
锚点：a

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

1、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协议消耗资源少，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

2、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连接中必须明确客户端与服务器端，由于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，连接建立后，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，所以应用非常广泛。例如上传文件、下载文件、浏览网页

UDP通信程序

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

• 基于UDP协议的通信双方而言，没有客户端和服务器概念

Java提供了DatagramSocket类和DatagramPacket类

• DatagramSocket：用于发送或接收数据包的套接字

• DatagramPacket：数据报包

---

DatagramSocket类

• 此类表示用于发送和接收数据报数据包的套接字

• 数据报套接字是分组传送服务的发送或接收点

常用构造器

常用构造器	说明
DatagramSocket()	构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的任何可用端口
DatagramSocket(int port)	构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口

常用方法

常用方法	说明
void send(DatagramPacket p)	从此套接字发送数据报包
void receive(DatagramPacket p)	从此套接字接收数据报包（阻塞式的接收）

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DatagramPacket类

• 该类表示数据报包

• 数据报包用于实现无连接分组传送服务

常用构造器

常用构造器	说明
（接收方） DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造一个 DatagramPacket用于接收长度的数据包 length
（发送方）DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)	构造用于发送指定长度的数据报包到指定主机的指定端口号上

常用方法

常用方法	说明
int getLength()	返回要发送的数据的长度或接收到的数据的长度
byte[] getData()	返回数据缓冲区

数据包(Packet)、数据报(Datagram)和套接字(Socket)

1、数据报(Datagram)

• 数据报是通过网络传输的数据的基本单元，包含一个报头（header）和数据本身，其中报头描述了数据的目的地以及和其它数据之间的关系。数据报是完备的、独立的数据实体，该实体携带要从源计算机传递到目的计算机的信息，该信息不依赖以前在源计算机和目的计算机以及传输网络间交换。

• UDP数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总字节数，其中报头长度固定，数据部分可变。数据报的最大长度根据操作环境的不同而各异。从理论上说，包含报头在内的数据报的最大长度为65535字节(64K)

• 我们在用Socket编程时，UDP协议要求包小于64K，TCP没有限定

2、套接字(Socket)

• 所谓套接字(Socket)，就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象

• 从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议根进行交互的接口

3、数据包(Packet)

• 包(Packet)是TCP/IP协议通信传输中的数据单位，一般也称“数据包”

案例：

发送端

package com.lyc.UdpDemo;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

//不需要连接服务器
public class UdpClientDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        //1.创建客户端对象

        //指定端口，让系统分配一个端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

        //2.创建数据
        String msg = "数据已经被创建了，准备传输";
        InetAddress localhost = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 9090;
        //构造其中的属性分别为数据、数据长度、服务器的IP、服务器的端口号
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(msg.getBytes(), 0, msg.getBytes().length, localhost, 9090);
        //3.打包
        //4.发送
        socket.send(datagramPacket);
        //5.释放资源
        socket.close();
    }
}

接收端

package com.lyc.UdpDemo;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
//还是要等待客户端的链接
public class UdpServerDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        //1.创建服务器Socket对象
        //UDP协议没有连接的概念，所以创建服务器Socket对象时，需要指定端口号
        //UDP协议没有连接的概念，所以创建服务器Socket对象时，需要指定端口
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(9090);
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);//接收数据
        datagramSocket.receive(datagramPacket);
        System.out.println(new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength()));//阻塞接收
        //关闭资源
        datagramSocket.close();
    }
}

循环发送消息

接收端

package com.lyc.chatDemo;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class UdpReceiveDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(6666);


        while (true){
            //准备接收包裹
            byte[] container = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(container,0,container.length);
            datagramSocket.receive(packet);//阻塞式接收包裹
            //断开连接
            byte[] data = packet.getData();
            String receiveData = new String(data, 0, packet.getLength());
            System.out.println("接收到数据："+receiveData);
            if (receiveData.equals("bye")){
                break;
            }
        }

       datagramSocket.close();
    }

}

发送端

package com.lyc.chatDemo;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

public class UdpSenderDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(8888);
        //准备数据，控制台读取
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        while (true) {
            String data = reader.readLine();
            byte[] datas = data.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(datas, 0, datas.length, new InetSocketAddress("localhost", 6666));
            datagramSocket.send(packet);
            if (data.equals("bye")) {
                break;
            }
        }
        datagramSocket.close();

    }
}

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每个人都可以是发送方，也可以是接收方

运用多线程加数据流加网络编程

TCP通信程序

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。

• 使用基于TCP协议的Socket网络编程实现，使用Socket对象来代表两端的通信端口

• TCP协议基于请求-响应模式，第一次主动发起的程序被称为客户端(Client)程序

• 第一次通讯中等待连接的程序被称为服务器端(Server)程序

• 利用IO流实现数据的传输

原理说明及详细步骤

1、在服务端指定一个端口号来创建ServerSocket，并使用accept方法进行侦听，这将阻塞服务器线程，等待用户请求。 2、在客户端指定服务的主机IP和端口号来创建socket，并连接服务端ServerSocket，此时服务端accept方法被唤醒，同时返回一个和客户端通信的socket。 3、在客户端和服务端分别使用socket来获取网络通信输入/输出流，并按照一定的通信协议对socket进行读/写操作。 4、通信完成后，在客户端和服务端中分别关闭socket。

1、服务器端

• 创建ServerSocket(int port)对象

• 在Socket上使用accept方法监听客户端的连接请求

• 阻塞、等待连接的建立

• 接收并处理请求信息

• 将处理结果返回给客户端

• 关闭流和Socket对象

2、客户端

• 创建Socket(String host, int port)对象

• 向服务器发送连接请求

• 向服务器发送服务请求

• 接受服务结果(服务响应)

• 关闭流和Socket对象

---

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

Socket类

常用构造器

构造方法	说明
Socket(InetAddress address, int port)	创建流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号
Socket(String host, int port)	创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号

常用方法

常用方法	说明
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流
void shutdownOutput()	禁用此套接字的输出流

---

ServerSocket类

常用构造器

构造方法	说明
ServerSocket(int port)	创建绑定到指定端口的服务器套接字

常用方法

常用方法	说明
Socket accept()	侦听要连接到此套接字并接受它

TCP接收数据

接收数据的步骤

1、创建服务器端的Socket对象(ServerSocket) ServerSocket(int port) 2、获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台 Socket accept() 3、释放资源

客户端

1. 连接服务器Socket

2. 发送消息

public static void main(String[] args) {
        //1.要知道服务器的地址
        Socket socket = null;
        OutputStream outputStream = null;
        try {
            InetAddress serverIP = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
               //2.知道服务器的端口号
            int port = 9999;
          
            System.out.println("正在尝试连接到服务器: " + serverIP.getHostAddress() + ":" + port);
            //3.创建一个Socket对象，构造方法中传递服务器的IP与端口号
            socket = new Socket(serverIP, port);
            
        //4.获取一个输出流，写数据给服务器
            outputStream = socket.getOutputStream();
            outputStream.write("你好".getBytes());
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("无法解析主机名: " + e.getMessage());
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) { // 添加对IOException的捕获
            System.err.println("连接被拒绝或发生IO错误: " + e.getMessage());
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            if (outputStream != null) {
                try {
                    outputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
     

      

    }

服务器

1. 建立服务的端口 ServerSocket

2. 等待用户的连接 accept

3. 接收用的消息

public static void main(String[] args){
        //有一个地址
        ServerSocket serverSocket = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(9999);
            socket = serverSocket.accept();
            is = socket.getInputStream();
             baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = is.read(buffer))!= -1){
                baos.write(buffer,0,len);
            }
            System.out.println(baos);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            if(baos!=null){
                try {
                    baos.close();
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
           if (is!=null){
               try {
                   is.close();
               } catch (IOException e) {
                   throw new RuntimeException(e);
               }
           }
           if (socket!=null) {
               try {
                   socket.close();
               } catch (IOException e) {
                   throw new RuntimeException(e);
               }
           }
           if (serverSocket!=null){
               try {
                   serverSocket.close();
               } catch (IOException e) {
                   throw new RuntimeException(e);
               }
           }
        }

TCP文件上传

服务器端

package com.lyc.TcpDemo;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpServerDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
        //2.监听客户端的连接
        Socket socket = serverSocket.accept();//阻塞式监听，会一直等待客户端连接
        //3.获取输入流
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.文件输出
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("src/main/java/004.jpg"));
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = is.read(buffer)) != -1){
            fos.write(buffer,0,len);
        }



        //通知客户端传递完毕
        socket.getOutputStream().write("图片上传完毕".getBytes());
        //5.关闭流
        fos.close();
        is.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客户端

package com.lyc.TcpDemo;

import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

public class TcpClientDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建一个socket链接
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9000);
        //2.创建一个输出流
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.文件流 读取文件
        FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("src/main/java/003.jpg"));
        //4.写出文件
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = fis.read(buffer))!= -1){
            os.write(buffer,0,len);
        }
        //通知服务器，已经结束了
        socket.shutdownOutput();//关闭输出流


        //确定文件传输完毕，才能断开连接
        InputStream is = socket.getInputStream();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buffer2 = new byte[1024];
        int len2;
        while ((len2 = is.read(buffer2)) != -1){
            baos.write(buffer2,0,len2);
        }
        System.out.println(baos);


        //关闭资源
            baos.close();
        fis.close();
        os.close();
        socket.close();
    }
}

Tomcat

服务端

• 自定义 S

• Tomcat服务器 S：Java后台开发

客户端

• 自定义 C

• 浏览器 B