Java网络编程(TCP)

1.概述

Java网络编程是利用Java语言进行网络通信应用程序开发的过程。它主要基于TCP/IP协议栈，支持Socket编程，包括流式Socket（TCP）和数据报Socket（UDP）。通过Socket，程序可以创建服务器端或客户端，实现网络上的数据传输与交互。Java的网络编程接口简洁且功能强大，提供了InetAddress类用于处理IP地址，ServerSocket和Socket类分别用于服务器和客户端的连接建立，以及InputStream和OutputStream类来读写数据，还有通过多线程机制可以实现高效地处理并发连接。

2.网络通信协议

要使计算机连成的网络能够互通信息，需要对数据传输速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定一组标准，这一组共同遵守的通信标准就是网络通信协议，不同的计算机之间必须使用相同的通讯协议才能进行通信。

​ 七层模型，也称为OSI（Open System Interconnection）参考模型，是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通讯系统间互联的标准体系。它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。

• 应用层

​应用程序之间如何相互传递报文,比如HTTP协议,FTP协议

• 传输层

传输层的作用是为两台主机之间的"应用进程"提供端到端的逻辑通信,比如TCP协议

• 网络层互联层

网络层互联层提供了主机到主机的通信,将传输层产生的数据包封装成分组数据包发送到目标主机,并提供路由选择能力. IP协议是网络层的主要协议,TCP和UDP都是用IP协议作为网络层协议.这一层的主要作用是给包加上源地址和目标地址,将数据包传送到目标地址.

• 网络访问层

网络访问层也可以称为网络接口层,以太网,WIFI,蓝牙就是工作在这一层,网络访问层提供了主机连接到物理网络需要的硬件和相关协议

3.网络协议（TCP）

• TCP：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”。

  • 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。整个交互过程如下图所示。
      

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，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

使用TCP协议实现通信，需要使用流式套接字。即客户端采用socket,而服务器端采用ServerSocket来完成通信的方式

​ 此时实现服务器端与客户端通信的思路:

其中，处理服务器端通信的ServerSocket类,其常见构造如下：

构造方法	说明
ServerSocket()	创建一个ServerSocket对象
ServerSocket(int port)	创建一个ServerSocket对象，并绑定到指定端口

ServerSocket常用方法如下：

常用方法	说明
Socket accept()	侦听并接收到此ServerSocket的连接，此方法在连接传入之前一直阻塞
void close()	使服务器释放占用的资源，并断开所有与客户端的连接
InetAddress getInetAddress()	返回当前服务器绑定的IP地址信息
处理客户端通信的Socket类:

Socket的构造共有9种，这里介绍2种常用的构造方法:

构造方法	说明
Socket(String host, int port)	向host主机的port端口发起连接请求
Socket(String host,int port,InetAddress localAddr,int localPort)	向host主机的port端口发起连接请求,发起请求的计算机为localAddr,端口为localPort

注意：InetAddress类表示互联网协议地址，包含IP地址，实际上就是java对IP地址的封装。

Socket的常用方法：

常用方法	说明
InetAddress getInetAddress()	返回与当前Socket对象关联的InetAddress对象
void shutdownInput()	此套接字的输入流置于“流的末尾”
void shutdownOutput()	禁用此套接字的输出流
InputStream getInputStream()	返回当前Socket对象关联的InputStream对象，它是服务器端向客户端发送回来的数据流.
OutputStream getOutputStream()	返回当前Socket 对象关联的OutputStream对象,它是客户端想服务器端发送的数据流
void close()	关闭该socket建立的连接

3.简单的TCP网络程序

1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
2. 【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
3. 【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
4. 【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
5. 【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

自此，服务端向客户端回写数据。

6. 【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
7. 【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
8. 【客户端】释放资源，断开连接。

运用字节缓冲流让客户端和服务器各传一句话：

服务端：

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        ServerSocket serverSocket = null;
        Socket socket = null;
        BufferedInputStream bufferedInputStream = null;
        BufferedOutputStream bufferedOutputStream = null;
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(8888);//创建一个端口号为“8888”的ServerSocket对象
            System.out.println("服务器启动!!!");
            //运用serverSocket.accept()等待客户端连接，然后再把连接上的客户端的信息传入socke中
            socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端已连接!!!");

            //有客户端连接上之后先读取客户端发来的消息
            //运用字节缓冲流
            byte[] bytes = new byte[1024];
            bufferedInputStream = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
            int len = bufferedInputStream.read(bytes);
            String str = new String(bytes, 0, len);
            System.out.println("客户端说:" + str);

            //读取后运用输出流给客户端发送消息
            bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
            bufferedOutputStream.write("客户端,大样".getBytes());
            //消息发送之后进行刷新
            bufferedOutputStream.flush();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                bufferedOutputStream.close();
                bufferedInputStream.close();
                socket.close();
                serverSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Socket socket=null;
        BufferedInputStream bufferedInputStream=null;
        BufferedOutputStream bufferedOutputStream=null;

        try {
            //先连接服务器，IP地址"localhost"即为本机，“8888”为端口号
            socket=new Socket("localhost",8888);
            //连接上服务器直接向服务器发送消息
            bufferedOutputStream=new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
            bufferedOutputStream.write("服务器，小样".getBytes());
            bufferedOutputStream.flush();

            //接收服务端发送来的消息
            System.out.print("服务器说:");
            bufferedInputStream=new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
            int len;
            byte[] bytes=new byte[1024];
            String str="";
            int len = bufferedInputStream.read(bytes);
            String str = new String(bytes, 0, len);
            System.out.println(str);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            try {
                bufferedOutputStream.close();
                bufferedInputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

        }
    }
}

运行结果:
服务器：

客户端：

运用字符缓冲流让客户端和服务器一直聊天：

服务端：

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        ServerSocket serverSocket = null;
        Socket socket = null;
        BufferedReader br = null;
        BufferedWriter bw = null;
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器已启动!!!");
            socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端已连接!!!");
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));

            while (true) {
                String str = br.readLine();
                System.out.println("客户端说:" + str);

                bw.write(input.next());
                bw.newLine();
                bw.flush();
                if (str.equals("666")) {
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                bw.close();
                br.close();
                socket.close();
                serverSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        Socket socket = null;
        BufferedWriter bw = null;
        BufferedReader br=null;
        try {
            socket = new Socket("localhost", 8888);
            System.out.println("已成功连接服务器!!!");
            System.out.print("向服务器发送消息:");
            bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
            br=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String str;
            while (true) {
                bw.write(input.next());
                bw.newLine();
                bw.flush();

                str=br.readLine();
                System.out.println("服务器说:"+str);
                if(str.equals("666")){
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                bw.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

服务端：

客户端：