Socket网络编程
一、网络变成入门
1.1 软件结构
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C/S结构 ：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷等软件。
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B/S结构 ：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。
两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。网络编程，就是在一定的协议下，实现两台计算机的通信的程序。
1.2 网络通信协议
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**网络通信协议：**通信协议是计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、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，最终完成数据交换。
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**TCP/IP协议：**传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/InternetProtocol)，是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议，并采用了4层的分层模型，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。
1.3 协议分类
通信的协议还是比较复杂的， java.net 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。
java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：
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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。
- 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。服务器你死了吗？
- 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。我活着啊！！
- 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。我知道了！！
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-u1dUNIPt-1628431805644)(images/image45.png)]
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。
- 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。
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UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用中,例如视频会议、QQ聊天等。
1.4 网络编程三要素
协议
- 协议：计算机网络通信必须遵守的规则
IP地址
- IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address)，俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话，那么“IP地址”就相当于“电话号码。
IP地址分类
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IPv4：是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成 a.b.c.d 的形式，例如192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数，那么最多可以表示42亿个。
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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。有资料显示，全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。
为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题
常用命令
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查看本机IP地址，在控制台输入
ipconfig -
检查网络是否连通，在控制台输入
ping 空格 IP地址 ping 220.181.57.216 ping www.baidu.com
特殊的IP地址
- 本机IP地址：127.0.0.1、localhost
端口号
网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？
如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么**端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）**了。
- **端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是065535**。其中，01023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。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。
利用 协议 + IP地址 + 端口号 三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。
在Java中，可以使用java.net.InetAddress类来表示一个IP地址：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws IOException {
/*
InetAddress类概述
一个该类的对象就代表一个IP地址对象。
InetAddress类成员方法
static InetAddress getLocalHost()
获得本地主机IP地址对象
static InetAddress getByName(String host)
根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
String getHostName();获得主机名
String getHostAddress();获得IP地址字符串
*/
InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inetAddress); // DESKTOP-00QCPI1/10.254.34.248
InetAddress inetAddress1 = InetAddress.getByName("baidu.com");
System.out.println(inetAddress1); // baidu.com/220.181.38.148
System.out.println(inetAddress.getHostName()); // DESKTOP-00QCPI1
System.out.println(inetAddress.getHostAddress()); // 10.254.34.248
}
}
二、TCP通信程序
2.1 TCP协议概述
-
TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在客户端和服务器端建立逻辑连接，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。TCP通信过程如下图所示：
TCP ==> Transfer Control Protocol ==> 传输控制协议
TCP协议的特点
* 面向连接的协议
* 只能由客户端主动发送数据给服务器端，服务器端接收到数据之后，可以给客户端响应数据。
* 通过三次握手建立连接，连接成功形成数据传输通道。
* 通过四次挥手断开连接
* 基于IO流进行数据传输
* 传输数据大小没有限制
* 因为面向连接的协议，速度慢，但是是可靠的协议。
TCP协议的使用场景
* 文件上传和下载
* 邮件发送和接收
* 远程登录
TCP协议相关的类
* Socket
* 一个该类的对象就代表一个客户端程序。
* ServerSocket
* 一个该类的对象就代表一个服务器端程序。
Socket类构造方法
* Socket(String host, int port)
* 根据ip地址字符串和端口号创建客户端Socket对象
* 注意事项：只要执行该方法，就会立即连接指定的服务器程序，如果连接不成功，则会抛出异 常。 如果连接成功，则表示三次握手通过。
Socket类常用方法
* OutputStream getOutputStream(); 获得字节输出流对象
* InputStream getInputStream();获得字节输入流对象
2.2 TCP通信案例
2.2.1 客户端向服务器发送数据
/**
* TCP客户端代码实现步骤:
* 创建客户端Socket对象并指定服务器地址和端口号
* 调用Socket对象的getOutputStream方法获得字节输出流对象
* 调用字节输出流对象的write方法往服务器端输出数据
* 调用Socket对象的getInputStream方法获得字节输入流对象
* 调用字节输入流对象的read方法读取服务器端返回的数据
* 关闭Socket对象断开连接。
*/
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("192.168.85.1", 8888);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("我最帅".getBytes());
InputStream is = socket.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len;
len = is.read(bytes);
System.out.println("服务器返回好的内容是：" + new String(bytes, 0, len));
socket.close();
}
}
2.2.3 服务器向客户端回写数据
/**
* TCP客户端代码实现步骤:
* 创建客户端Socket对象并指定服务器地址和端口号
* 调用Socket对象的getOutputStream方法获得字节输出流对象
* 调用字节输出流对象的write方法往服务器端输出数据
* 调用Socket对象的getInputStream方法获得字节输入流对象
* 调用字节输入流对象的read方法读取服务器端返回的数据
* 关闭Socket对象断开连接。
*/
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("192.168.85.1", 8888);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("我最帅".getBytes());
InputStream is = socket.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len;
len = is.read(bytes);
System.out.println("服务器返回好的内容是：" + new String(bytes, 0, len));
socket.close();
}
}
三、综合案例
3.1 文件上传案例
文件上传分析图解
- 【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
- 【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
- 【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
- 【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。
- 【服务端】获取输出流，回写数据。
- 【客户端】获取输入流，解析回写数据。
服务器端实现：
public class FileUpload_Server {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("day12Module\\upload");
if (!file.exists()) {
file.mkdirs();
}
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
System.out.println("====服务器已启动，等待客户端上传文件====");
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
new Thread(() -> {
try {
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
InetAddress inetAddress = socket.getInetAddress();
System.out.println(inetAddress.getHostName() + "的客户端正在上传文件...");
FileOutputStream localFos = new FileOutputStream(file.getPath() + "\\" + inetAddress.getHostName() + System.currentTimeMillis() + ".jpg");
// 存储客户端上传的文件
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0;
while ((len = is.read(bytes)) != -1) {
localFos.write(bytes, 0, len);
}
// 回写信息
os.write("上传成功！！！".getBytes());
System.out.println(inetAddress.getHostName() + "上传成功！！！");
localFos.close();
socket.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端实现：
public class FileUpload_Client {
public static void main(String[] args) {
try (
FileInputStream localFis = new FileInputStream("day12Module\\upload\\read.jpg");
Socket socket = new Socket("192.168.156.74", 9999);
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
) {
System.out.println("====客户端开始发送数据====");
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0;
while ((len = localFis.read(bytes)) != -1) {
os.write(bytes, 0, len);
}
socket.shutdownOutput();// 关闭网络输出流
System.out.print("服务器端的回应：");
while ((len = is.read(bytes)) != -1) {
System.out.print(new String(bytes, 0, len));
}
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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