1. 网络编程概述
2. 网络通信的要素
网络编程的要素:
- IP和端口号
- 网络通信协议:TCP/IP参考模型(应用层、传输层、网络层、物理+数据链路层)
- IP区分不同的设备
- 端口号区分同一台设备上不同的应用
2.1 IP和端口号 (通信要素一)
2.1.1 IP (Inet Protocol)
- IP:唯一的标识 Internet 上的计算机(通信实体)
- 在Java中使用InetAddress类代表IP
- IP分类:
- IPv4 和 IPv6
- IPV4:使用4个字节,4个0-255的数字组成,大概42亿个,已用尽;
- IPV6:128位,写成8个无符号整数,每个整数用4个十六进制表示,如:3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
- (公网地址)万维网 和 (私有地址)局域网
- 192.168开头的就是私有地址,范围为192.168.0.0-192.168.255.255,专门为组织机构内部使用
- IPv4 和 IPv6
- 域名: www.baidu.com www.sina.com www.jd.com
- 本地(本机)IP地址:127.0.0.1 对应着:localhost
- InetAddress中的常用方法
- 如何实例化InetAddress:两个方法:getByName(String host) 、 getLocalHost() 返回InetAddreess对象
- 两个常用方法:getHostName() / getHostAddress()
public static void main(String[] args) {
try {
//File file = new File("hello.txt");
InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("192.168.10.14");
System.out.println(inet1);
InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
System.out.println(inet2);
InetAddress inet3 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
System.out.println(inet3);
//获取本地ip
InetAddress inet4 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inet4);
//getHostName()
System.out.println(inet2.getHostName());
//getHostAddress()
System.out.println(inet2.getHostAddress());
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
}
}
2.1.2 端口号(port)
-
端口号标识正在计算机上运行的进程。不同的进程有不同的端口号
-
范围:一个 16 位的整数 0~65535。
-
端口分类:
- 公认端口:0~1023。被预先定义的服务通信占用(如:HTTP占用端口
80,FTP占用端口21,Telnet占用端口23) - 注册端口:1024~49151。分配给用户进程或应用程序。(如:Tomcat占用端口8080,MySQL占用端口3306,Oracle占用端口1521等)。
- 动态/私有端口:49152~65535。
- 公认端口:0~1023。被预先定义的服务通信占用(如:HTTP占用端口
-
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字:Socket
网络协议 (通信要素二)
- 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。
- 通信协议分层思想:在制定协议时,把复杂成份分解成一些简单的成份,再将它们复合起来。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。各层互不影响,利于系统的开发和扩展。
- TCP/IP协议簇
- 传输层两个重要的协议:
- TCP(传输控制协议):传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议
- UDP(用户数据报协议)
- IP协议是网络层的主要协议,支持网络互联的数据通信
- TCP/IP协议模型从更实用的角度出发,形成了四层体系结构:物理链路层、IP层、传输层和应用层
- 传输层两个重要的协议:
TCP类似于打电话
UDP类似于发短信、发电报;比如看体育比赛视频使用UDP,允许丢失几帧画面,但是要保证速度快
建立连接:“三次握手”是为了保证点对点通信是可靠的
释放连接:“四次挥手”
3. TCP网络编程
TCP(传输控制协议):传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议
例子1:客户端发送信息给服务端,服务端将数据显示在控制台上
3.1 什么是Socket(套接字)
-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,网络Socket是IP地址与端口的组合。
-ocket是一个抽象层,应用程序可以通过它发送或接收数据,可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中,并与网络中的其他应用程序进行通信。
Socket类的常用构造器:
- public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流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)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
Socket类的常用方法:
- public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
- public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
- public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址;如果套接字是未连接的,则返回 null。
- public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。 即本端的IP地址
- public int getPort()此套接字连接到的远程端口号;如果尚未连接套接字,则返回 0。
- public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。 如果尚未绑定套接字,则返回 -1。即本端的端口号。
- public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后,便不可在以后的网络连接中使用(即无法重新连接或重新绑定)。需要创建新的套接字对象。 关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和OutputStream。
- public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容,则流将返回 EOF(文件结束符)。 即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
- public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字,任何以前写入的数据都将被发送,并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。 如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流,则该流将抛出 IOException。 即不能通过此套接字的输出流发送任何数据
3.2 TCP编程例题一
客户端发送信息给服务端,服务端将数据显示在控制台上
//* 实现TCP的网络编程
//客户端
@Test
public void client() {
Socket socket = null;
OutputStream os = null;
try {
//1.创建Socket对象,指明服务器端的ip和端口号
InetAddress inet = InetAddress.getByName("192.168.14.100");
socket = new Socket(inet, 8899);
//2.获取一个输出流,用于输出数据
os = socket.getOutputStream();
//3.写出数据的操作
os.write("你好,我是客户端mm".getBytes());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//4.资源的关闭
if (os != null) {
try {
os.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (socket != null) {
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//服务端
@Test
public void server() {
ServerSocket ss = null;
Socket socket = null;
InputStream is = null;
ByteArrayOutputStream baos = null;
try {
//1.创建服务器端的ServerSocket,指明自己的端口号
ss = new ServerSocket(8899);
//2.调用accept()表示接收来自于客户端的socket
socket = ss.accept();
//3.获取输入流
is = socket.getInputStream();
//不建议这样写,可能会有乱码
// byte[] buffer = new byte[1024];
// int len;
// while((len = is.read(buffer)) != -1){
// String str = new String(buffer,0,len);
// System.out.print(str);
// }
//4.读取输入流中的数据
baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[5];
int len;
while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
baos.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println(baos.toString());
System.out.println("收到了来自于:" + socket.getInetAddress().getHostAddress() + "的数据");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (baos != null) {
//5.关闭资源
try {
baos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (is != null) {
try {
is.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (socket != null) {
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (ss != null) {
try {
ss.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
先运行服务器端,再运行客户端发送信息
然后服务器端(server)接收到信息
注意:
- 为了解决中文乱码的问题,输出流使用了ByteArrayOutputStream这个类
- 如何查看端口号:在命令行输入netstat,冒号后面的就是端口号
3.3 TCP编程例题二
客户端发送文件给服务端,服务端将文件保存在本地。
public class TCPTest2 {
//客户端
//这里涉及到的异常,应该使用try-catch-finally处理
@Test
public void client() throws IOException {
//1.创建Socket对象,指明IP和端口号
Socket socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9090);
//2.得到socket的输出流
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//3.得到读取本地文件的输入流
FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("beauty.jpg"));
//4.文件读取和写出操作
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while((len = fis.read(buffer)) != -1){
os.write(buffer,0,len);
}
//5.资源的关闭
fis.close();
os.close();
socket.close();
}
//服务器端
//这里涉及到的异常,应该使用try-catch-finally处理
@Test
public void server() throws IOException {
//1.创建ServerSocket对象,指出自己的端口号
ServerSocket ss = new ServerSocket(9090);
//2.调用ServerSocket的accept方法,得到Socket
Socket socket = ss.accept();
//3.得到Socket的输入流
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.创建文件输出流,准备将从Socket读到的数据写出到本地
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("beauty1.jpg"));
//5.
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while((len = is.read(buffer)) != -1){
fos.write(buffer,0,len);
}
//6.关闭Socket和流资源
fos.close();
is.close();
socket.close();
ss.close();
}
}
3.4 TCP编程例题三
从客户端发送文件给服务端.服务端保存到本地,并返回“发送成功”给客户端。最后关闭相应的连接。
注意:
- 客户端图片传输完成之后,需要关闭服务器端Socket的输出流
public class TCPTest3 {
/*
这里涉及到的异常,应该使用try-catch-finally处理
*/
@Test
public void client() throws IOException {
//1.
Socket socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9090);
//2.
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//3.
FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("beauty.jpg"));
//4.
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while((len = fis.read(buffer)) != -1){
os.write(buffer,0,len);
}
//关闭数据的输出
socket.shutdownOutput();
//5.接收来自于服务器端的数据,并显示到控制台上
InputStream is = socket.getInputStream();
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] bufferr = new byte[20];
int len1;
while((len1 = is.read(buffer)) != -1){
baos.write(buffer,0,len1);
}
System.out.println(baos.toString());
//6.
fis.close();
os.close();
socket.close();
baos.close();
}
/*
这里涉及到的异常,应该使用try-catch-finally处理
*/
@Test
public void server() throws IOException {
//1.
ServerSocket ss = new ServerSocket(9090);
//2.
Socket socket = ss.accept();
//3.
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("beauty2.jpg"));
//5.
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while((len = is.read(buffer)) != -1){
fos.write(buffer,0,len);
}
System.out.println("图片传输完成");
//6.服务器端给予客户端反馈
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("你好,美女,照片我已收到,非常漂亮!".getBytes());
//7.
fos.close();
is.close();
socket.close();
ss.close();
os.close();
}
}
客户端:
- 自定义
- 浏览器
服务端:
- 自定义
- Tomcat服务器
4. UDP网络编程
4.1 DatagramSocket和DatagramPacket
- DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。
- UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收,系统不保证
UDP数据报一定能够安全送到目的地,也不能确定什么时候可以抵达。 - DatagramPacket 对象封装了UDP数据报,在数据报中包含了发送端的IP
地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。 - UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息,因此无须建立发送方和
接收方的连接。如同发快递包裹一样。
DatagramSocket类的常用方法
构造器
-
public DatagramSocket(int port)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被绑定到通配符地址,IP 地址由内核来选择。
-
public DatagramSocket(int port,InetAddress laddr)创建数据报套接字,将其绑定到指定的本地地址。本地端口必须在 0 到 65535 之间(包括两者)。如果 IP 地址为 0.0.0.0,套接字将被绑定到通配符地址,IP 地址由内核选择。
-
public void close()关闭此数据报套接字。
-
public void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据报包。DatagramPacket 包含的信息指示:将要发送的数据、其长度、远程主机的 IP 地址和远程主机的端口号。
-
public void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报包。当此方法返回时,DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。 此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的 length 字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长,该信息将被截短。
-
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。
-
public int getLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
-
public InetAddress getInetAddress()返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接,则返回 null。
-
public int getPort()返回此套接字的端口。如果套接字未连接,则返回 -1。
DatagramPacket类的常用方法
- public DatagramPacket(byte[] buf,int length)构造 DatagramPacket,用来接收长
度为 length 的数据包。 length 参数必须小于等于 buf.length。 - public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)构造数据报包,用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。length参数必须小于等于 buf.length。
- public InetAddress getAddress()返回某台机器的 IP 地址,此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
- public int getPort()返回某台远程主机的端口号,此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的。
- public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量 offset 处开始,持续 length 长度。
- public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。
public class UDPTest {
//发送端
@Test
public void sender() throws IOException {
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
String str = "我是UDP方式发送的导弹";
byte[] data = str.getBytes();
InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, 0, data.length, inet, 9090);
socket.send(packet);
socket.close();
}
//接收端
@Test
public void receiver() throws IOException {
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
byte[] buffer = new byte[100];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);
socket.receive(packet);
System.out.println(new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()));
socket.close();
}
}
5. URL编程
URL(Uniform Resource Locator):统一资源定位符,表示Internet上某一个资源的地址
URL的基本结构由5部分组成:
<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表
例如: http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp#a?username=shkstart&password=123
URL类的构造器
URL类常用方法
一个URL对象生成后,其属性是不能被改变的,但可以通过它给定的方法来获取这些属性:
- public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
- public String getHost( ) 获取该URL的主机名
- public String getPort( ) 获取该URL的端口号
- public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
- public String getFile( ) 获取该URL的文件名
- public String getQuery( ) 获取该URL的查询名
测试URL类下的常用方法
public static void main(String[] args) {
try {
URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/beauty.jpg?username=Tom");
//public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
System.out.println(url.getProtocol());
//public String getHost( ) 获取该URL的主机名
System.out.println(url.getHost());
//public String getPort( ) 获取该URL的端口号
System.out.println(url.getPort());
//public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
System.out.println(url.getPath());
//public String getFile( ) 获取该URL的文件名
System.out.println(url.getFile());
//public String getQuery( ) 获取该URL的查询名
System.out.println(url.getQuery());
} catch (MalformedURLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
客户端从Tomcat服务器下载图片
public static void main(String[] args) {
HttpURLConnection urlConnection = null;
InputStream is = null;
FileOutputStream fos = null;
try {
URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/beauty.jpg");
urlConnection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
urlConnection.connect();
is = urlConnection.getInputStream();
fos = new FileOutputStream("day10\\beauty3.jpg");
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
fos.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("下载完成");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//关闭资源
if (is != null) {
try {
is.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (fos != null) {
try {
fos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (urlConnection != null) {
urlConnection.disconnect();
}
}
}
两道TCP编程课后练习题
package exer;
import org.junit.Test;
import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
//1.TCP编程练习:服务端读取图片并发送给客户端,客户端保存图片到本地
public class TCPTest1 {
@Test
public void server() {
ServerSocket serverSocket = null;
Socket socket = null;
OutputStream outputStream = null;
FileInputStream fis = null;
try {
serverSocket = new ServerSocket(9090);
socket = serverSocket.accept();
outputStream = socket.getOutputStream();
fis = new FileInputStream("linux.jpg");
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
outputStream.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("服务器已完成图片发送");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (fis != null)
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (outputStream != null)
outputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (socket != null)
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (serverSocket != null)
serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//客户端
@Test
public void client() {
Socket socket = null;
InputStream inputStream = null;
FileOutputStream fileOutputStream = null;
try {
InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
socket = new Socket(inet, 9090);
inputStream = socket.getInputStream();
fileOutputStream = new FileOutputStream("new_linux.jpg");
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = inputStream.read(buffer)) != -1) {
fileOutputStream.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("客户端已完成图片接收。");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (fileOutputStream != null)
fileOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (inputStream != null)
inputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (socket != null)
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
package exer;
import org.junit.Test;
import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
//客户端给服务端发送文本,服务端会将文本转成大写在返回给客户端。
public class TCPTest2 {
@Test
public void client() {
Socket socket = null;
OutputStream outputStream = null;
FileInputStream fileInputStream = null;
InputStream socketInputStream = null;
InputStreamReader reader = null;
FileWriter writer = null;
try {
socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9091);
outputStream = socket.getOutputStream();
fileInputStream = new FileInputStream("hello.txt");
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = fileInputStream.read(buffer)) != -1) {
outputStream.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("客户端:已发送文本。");
//客户端关闭输出,这样服务器不会一直接收
socket.shutdownOutput();
socketInputStream = socket.getInputStream();
reader = new InputStreamReader(socketInputStream);
writer = new FileWriter("new_hello.txt");
char[] cbuffer = new char[1024];
int len2;
while ((len2 = reader.read(cbuffer)) != -1) {
writer.write(cbuffer, 0, len2);
}
System.out.println("客户端:已接收到字符串,并写入新文件中。");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (fileInputStream != null)
fileInputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (outputStream != null)
outputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (reader != null)
reader.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (writer != null)
writer.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (socket != null)
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
@Test
public void server() {
ServerSocket serverSocket = null;
Socket socket = null;
InputStream socketInputStream = null;
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
OutputStream socketOutputStream = null;
try {
serverSocket = new ServerSocket(9091);
socket = serverSocket.accept();
socketInputStream = socket.getInputStream();
byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = socketInputStream.read(buffer)) != -1) {
byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, len);
}
String str = byteArrayOutputStream.toString();
String upperCaseStr = str.toUpperCase();
System.out.println("服务器:大写的字符串如下:" + upperCaseStr);
socketOutputStream = socket.getOutputStream();
socketOutputStream.write(upperCaseStr.getBytes()); //将字符串转化为byte数组
System.out.println("服务器:已完成发送。");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (socketInputStream != null)
socketInputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (socketOutputStream != null)
socketOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (socket != null)
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (serverSocket != null)
serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
if (byteArrayOutputStream != null)
byteArrayOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
注意:
- ByteArrayOutputStream的使用要注意:ByteArrayOutputSream内部有缓冲区,将使用buffer依次读入,最后调用ByteArrayOutputSream的toString方法可以得到完整的字符串。
- 练习二中将从socket得到的InputStream对象用InputStreamReader转化成Reader类型的对象,从而实现文本的读取操作。