java学习の网络编程入门笔记

最新推荐文章于 2022-06-14 17:17:51 发布

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JAVA网络编程

算是给接下来的俄罗斯方块项目做的铺垫吧

一、网络编程入门

1.1软件结构

C/S结构：Client/Server结构，客户端服务器结构。常见的软件QQ、迅雷等
B/S结构：Browser/Server 结构浏览器和服务器结构

两种结构各有优势，但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

网络通信协议：通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路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网络通信协议，他对数据的传输格式、传输速率、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。
TCP/IP协议：传输控制协议/因特网互联协议，是Internet最基本、最广泛的协议。他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第要求。

分层模型

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、网线提供的协议

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。

运输层∶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。

应用层:主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

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:

UDP: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。UDP的交换过程如下图所示：

UDP交换

特点：数据被限制在64kb以内，超出这个范围就不能发送

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，客户端再次向服务赣端发送确认信息，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协议可以保证数据传输的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

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雄一的编号。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：

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。
IPv6:由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求星愈来愈大，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，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

查看本机ip地址：

ipconfig
检查网络是否联通

ping IP地址
特殊的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?

端口号:用两个字节表示的整数，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，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。

当我们使用网络软件时，操作系统就会为网络软件分配一个随机的端口号，或者网络软件在打开的时候和系统要指定的端口号

注：1024之前的端口号不能使用，已经被系统分配了。网络软件的端口号不能重复。

常用的端口号

80端口如：www.baidu.com:80
数据库 mysql:3306 orcal 1521
Tocat :8080

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。

二、TCP通信程序

2.1概述

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端(Client )与服务端(Server)。

两端通信时步骤:

服务端程序，需要事先启动,等待客户端的连接。
客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

服务器端不会主动的请求客户端必须使用客户端请求服务器端，客户端和服务端就会建立一个逻辑连接而这个连接中包含一个对象，这个对象就是IO对象，客户端和服务器端就可以使用IO对象进行通信。通信的数据不仅仅是字符所以IO对象是字节流对象。

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序:

客户端︰java.net.socket类表示。创建 socket 对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
服务端︰java.net.serverSocket类表示。创建ServerSocket对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

服务器端必须明确两件事情：

多个客户端同时进行交互，服务器必须明确和哪个客户端进行的交互。在服务器端有一个方法，叫accept，获取到请求的客户端对象。
多个客户端同时和服务器交互，就需要使用多个IO流对象。

服务器端是没有IO流的,服务器可以获取到请求的客户端对象Socket使用每个Socket中提供的IO流和客户端进行交互

服务器使用客户端的字节输入流读取客户端发送的数据，使用客户端的字节输出流给客户端回写数据

2.2 服务端、客户端代码实现

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        //2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //3.使用网络字节输出流对象重点方法write给服务器发送数据
        outputStream.write("Hello World！".getBytes());
        //4.获取网络字节输入流
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

        //5.使用网络字节输入流对象中的方法read，读取服务器回写的数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len =inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));

        //6.释放资源
        socket.close();
    }
}

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器对象，和设定端口号
        ServerSocket serverSocket =new ServerSocket(8888);
        //2.使用accept获取请求到的客户端对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3.使用Socket对象获取网络字节输入流对象
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //4.使用网络字节输入流中的read读取客户端发送的数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len=inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        //5.获取网路字节输出流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //6.给客户端回写数据
        outputStream.write("Hello！programmer！".getBytes());
        //7.释放资源
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

三、综合案例

3.1 文件上传案例

原理

原理：客户端读取本地的文件，把文件上传到服务器，服务器把上传到文件存在服务器的硬盘上。

客户端使用本地的字节输入流，读取要上传的文件。
使用网络字节输出流，把读取到的文件上传到服务器
服务器使用网络字节输入流，读取客户端上传的文件
服务器使用本地字节输出流，把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
服务器使用网络字节输出流，给客户端回写“上传成功”
客户端使用网络字节输入流读取服务器回写的数据
释放资源

注意： 客户端和服务器和本地硬盘进行读写，需要使用自己创建的字节流对象（本地流）客户端和服务器之间进行读写，必须使用Soket中提供的字节流对象（网络流）。

基本实现

文件上传案例优化

文件名称写死的问题服务端，保存文件的名称如果写死，那么最终导致服务器硬盘，只会保留一个文件，建议使用系统时间优化，保证文件名称唯一，代码如下
```
FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
```
循环接收的问题服务端，指保存一个文件就关闭了，之后的用户无法再上传，这是不符合实际的，使用循环改进，可以不断的接收不同用户的文件，代码如下：
```
// 每次接收新的连接,创建一个Socket
while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
......
}
```

服务端，在接收大文件时，可能耗费几秒钟的时间，此时不能接收其他用户上传，所以，使用多线程技术优化，代码如下：

while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
// accept 交给子线程处理.
new Thread(() ‐> {
......
InputStream bis = accept.getInputStream();
......
}).start();
}