Java网络编程相关知识

网络编程

1.在网络通信协议下，不同 计算机上运行的程序，进行的数据传输。

2.应用场景：即时通信、网游对战、金融证券、国际贸易、邮件等等。

3.Java中可以使用java.net包下的技术开发出常见的网络应用程序。

4.常见的软件架构有CS和BS两种：

• CS（Client/Server，客户端/服务器）

用户需要在本地下载并安装客户端程序，在远程有一个服务器端程序。

优点：画面可以做的非常精美，用户体验好

缺点：

1）需要开发客户端，也需要开发服务端

2）用户需要下载和更新比较麻烦

适合定制专业化的办公类软件，比如：IDEA、网游

• BS（Browser/Server，浏览器/服务器）

只需要一个浏览器，用户通过不同的网址，客户访问不同的服务器。

优点：

1）不需要开发客户端，只需要页面 + 服务端

2）用户不需要下载，打开浏览器就能使用

缺点：如果应用过大，用户体验会受到影响（因为实时传输数据，画质等会受影响）

适合移动互联网应用，可以在任何地方随时访问的系统

5.网络编程三要素：

• 确定电脑在互联网上的地址：IP，IP是设备在网络中的地址，是唯一的标识
• 确定接收数据的软件：端口号，端口号是应用程序在设备中唯一的标识
• 确定网络传输的规则：协议，协议是数据在网络中传输的规则，常见的协议有UPP、TCP、http、https、ftp

IP

1.IP全程Internet Protocol，是互联网协议地址，也称IP地址。是分配给上网设备的数字标签。通俗理解就是上网设备在网络中的地址，是唯一的。

2.常见的IP分类为：

• IPv4：全称：Internet Protocol version 4，互联网通信协议第四版

1）采用32位地址长度（4字节），分为4组，每组长度为0-255，总共数量为2^32，但是仍然存在不够用的问题

2）采用点分十进制表示法，比如192.168.1.16

IPv4的地址分类形式：

1）公网地址（万维网使用）和私有地址（局域网使用）。

2）192.168.开头的就是私有地址，范围即为192.168.0.0 - 192.168.255.255，专门为组织机构内部使用，以此节省IP

特殊IP地址：

127.0.0.1，也可以是localhost：是会送地址也称本地回环地址，也称本机IP，永远只会寻找当前所在本机。

因为发送数据时，会先往路由器发送，然后路由器根据给出的IP地址再传到对应的IP地址处，即使是发送到的IP地址是本机的IP地址，而使用127.0.0.1去发送，就可以不经过路由器，在发送时网卡识别了，直接就传到本机

• IPv6：全称：Internet Protocol version 6，互联网通信协议第六版

1）为了解决IPv4不够用而出现的，提供了更多的IP地址，采用了128位地址长度，分成8组，每组的长度为0-2^16 - 1，总共数量为2^128。

2）采用冒分十六进制表示法，比如2001：0DB8：0000：0023：0008：0800：200C：417A，还可以省略每组的前面的0：2001：DB8：0：23：8：800：200C：417A

3）特殊情况：如果计算出的16进制表示形式中间有多个连续的0，可以使用0为压缩表示法，就是将连续的0省略不写，比如：FF01：0：0：0：0：0：0：1101 -> FF01：：1101

3.常见的与IP相关的CMD命令：

• ipconfig：查看本机IP地址
• ping IP地址/网址（其实是网址对应的服务器IP）：检查当前主机与对应IP的设备网络是否连通

4.与IP相关的类InetAddress：

• 有两个子类Inet4Address和Inet6Address，InetAddress会根据本机使用的是IPv4还是使用IPv6去创建对应的对象
• 只能通过InetAddress的静态方法getByName(String host)去创建InetAddress对象，不能直接new，String host可以传本机的IP地址或者主机名。主机名可打开此电脑，右键属性去查看计算机名
• 创建的InetAddress是IP的对象，可以直接看作是一台电脑的对象
• 相关方法

方法名	说明
String getHostName()	获取主机名
String getHostAddress()	获取主机对应的IP地址

端口号

1.应用程序再设备中唯一的标识，因此一个端口号只能被一个应用程序使用。

2.由两个字节表示的整数，取值范围：0~65535。其中0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务或者应用，一般自己使用的是1024以上的端口号。

协议

1.计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议。

2.OSI参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，但模型过于理想化，未能再因特网上进行广泛推广。

3.TCP/IP参考模型（或TCP/IP协议）：对OSI中应用层表示层会话层进行了合并，数据链路层和物理层进行了合并，事实上的国际标准。

 4.UDP协议：

• 用户数据报协议（User Datagram Protocol）
• UDP是无连接、不可靠的通信协议，速度快，有大小限制，以此最多发送64K，数据不安全，易丢失数据
• 无连接就是不检查设备之间是否连通就直接发送，只管发送，不管能不能收到
• 适用场景：网络会议、语音通话、在线视频（能接受丢失部分数据的场景）

5.TCP协议：

• 传输控制协议TCP（Transmission Cotrol Protocol）
• TCP协议是面向连接的通信协议，速度慢，没有大小限制，数据安全
• 适用场景：下载软件、文字聊天、发送邮件（不能丢失一点数据的场景）

UDP协议发送数据

以寄快递为例，步骤为四步：

1.找快递公司 ----- 创建发送端的DataGramSocket对象

2.打包礼物 ----- 数据打包（DatagramPacket）

3.快递公司发送包裹 ----- 发送数据

4.付钱走人 ----- 释放资源

// 1.找快递公司（创建发送端的DataGramSocket对象）
// 细节：
// 绑定端口，通过这个端口往外发送
// 空参：所有可用的端口中随机一个进行使用
// 有参：指定端口号进行绑定
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        
// 2.打包数据
String str = "check check check";
// 因为在数据打包的时候，创建的DatagramPacket对象需要传入的是
// 字节数组，起始索引（可省略），传入数据长度，IP，端口号，因此先把这几个给先准备好
byte[] datas = str.getBytes();
InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
int port = 10000;
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(datas,datas.length,address,port);
        
// 3.发送数据
ds.send(dp);
        
// 4.释放资源
ds.close();

UDP协议接收数据

以接收快递为例

1.找快递公司 ----- 创建接收端的DatagramSocket对象

2.接收箱子 ----- 接收打包好的数据

3.从箱子里面获取礼物 ----- 解析数据包

4.签收走人 ----- 释放资源

需要注意的是这里需要先启动接收数据程序，再启动发送数据程序，因为UDP发送数据是只负责发送，不查看是否连通设备，而先启动接收数据程序可以保证先连通，receive方法在接收到数据前会一直等待。

// 1.创建DatagramSocket对象（快递公司）
// 细节：
// 在接受的时候，一定要绑定端口
// 而且绑定的端口是跟发送时绑定的端口一致
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);

// 2.接收数据包
// 因为数据传输过来时的数据使用byte数组传输过来，接收时也是用byte数组接收
// byte数组的长度一定要大于传输过来数组长度，否则丢失数据
byte[] bytes = new byte[1024];
// 因为这里是接收数据，因此只需要把接受的长度以及接收的数组传过去即可
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
ds.receive(dp);

// 3.解析数据包
byte[] data = dp.getData(); // 获取数据包中的有数据部分
int len = dp.getLength(); // 获取数据包中的数据部分长度
InetAddress address = dp.getAddress(); // 获取发送的设备的IP地址
int port = dp.getPort(); // 获取发送的设备发送时使用的端口号
System.out.println("接收到数据" + new String(data,0,len));
System.out.println("该数据是从" + address + "这台电脑中的" + port + "端口发出的");

// 4.释放资源
ds.close();

UDP的三种通信方式

三种方式的区别就是在（找快递公司时）创建对象时的对象不同。

1.单播，一对一通讯。创建的是DatagramSocket对象。

2.组播，一对一组通讯。组播地址：224.0.0.0~239.255.255.255，其中224.0.0.0~224.0.0.255为预留的组播地址，一般只用这个范围内的组播地址。如果对组播地址中的任意一个地址发送信息，则在局域网中的处于组播地址中的所有电脑都能接收到该信息。创建的是MulticastSocket对象，如果想要当前主机也在组播地址内，可以先创建一个以224.0.0.1为形参的InetAddress对象address，再使用ms（ms为MuticastSocket实现类）的方法，ms.joinGroup(address)即可将本机添加到组播地址。

3.广播，一对所有通讯。广播地址：255.255.255.255，如果对广播地址发送信息，则在局域网中的所有电脑都会收到该信息

TCP通信程序

1.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，通信之前要保证连接已经建立，通过Socket产生IO流来进行网络通信。

2.通信过程(客户端Socket发送数据)：

• 创建客户端的Socket对象(Socket)与指定服务端连接 Socket(String host,int port)
• 获取输出流，写数据 OutputStream getOutputStream()
• 释放资源 void close()

// 1.创建客户端的Socket对象，参数中是连接的服务器的IP和对应端口
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);
// 2.获取输出流，写数据
OutputStream os = socket.getOutputStream();
Scanner sc = new Scanner(System.in);
String str;
while(true){
    str = sc.nextLine();
    os.write(str.getBytes());
    if("886".equals(str)){
        break;
    }
}
// 3.释放资源
socket.close();

3.通信过程(服务器端ServerSocket接收数据)：

• 创建服务器端的Socket对象（ServerSocket） ServerSocket(int port) ，这个port一定要去客户端的发送到的指定端口相同
• 监听客户端连接，返回一个Socket对象 Socket accept()
• 获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台 InputStream getInputStream()，如果发送的是中文的数据，需要使用转换流将字节流转换为字符流再去读数据，否则容易乱码，如果想要使用缓冲流中的读取一行的方法，也可以进一步提升为缓冲流
• 释放资源 void close()；释放资源时只要把通道关闭，输入流就自动关上了，因为输入流是通过Socket的实现类对象获取的，因此释放掉Socket资源就会同时释放输入流，客服端的输出流也是同理

// 1.创建服务器端的Socket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
// 2.监听客户端连接，返回一个Socket对象
Socket socket = ss.accept();
// 3.获取输入流，读取数据
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
int b;
while ((b = isr.read()) != -1) {
    System.out.print((char) b);
}
// 4.释放资源
socket.close();
ss.close();

4.在运行代码时要先运行服务端，因为先运行客户端时会发现没有服务端与其相连，就会报错，先运行服务端就会等待连接，不会报错。

5.在服务器端使用输入流读取数据时，判断流是否已经读完能否看读到最后会返回－1？

答：返回－1取决于处理的流的源头是什么，如果是文件流，这种想法或许是对的，因为文件流的大小是固定的，持续的读，总会读到文件的末尾（EOF），它总会返回－1的。但是，如果是网络流，例如TcpSocket，这样的流是没有末尾（EOF）的，如果你想读到－1，或许在远端被关闭了，而你还在读取，还是有可能读到－1的。实际情况是：网络连接状况很复杂，很有可能远端没有正常关闭而是进程死掉了，而是连接的线路断掉了，或者任何一个原因导致连接的通路无法正常传输数据。因此，如果连接没有断开，或者没有其他的原因导致传输异常，输入流会一直等输出流的数据，当使用Socket.shutdownOutpu()t或者异常情况出现的时候，使用输入流的read就会读取到-1。shutdownOutput方法相当于一个结束标记。

这里采用另一位博主的回答，我把相关的内容概括了一下。

https://blog.youkuaiyun.com/myling0626/article/details/50413268

TCP中的三次握手和四次挥手协议

1.三次握手：确保连接建立。服务端收到请求后不会马上建立连接，而是等客户端再次发出确认信息才会建立连接。

2.四次挥手协议：确保连接断开，保证连接通道里面的数据已经处理完毕了。

UUID

1.当上传文件时，文件名一般不能写定，最好使用一个每次都不一样的变量去命名，这个时候就可以使用UUID里面的randomUUID方法。

2.randomUUID方法是静态的，返回一个UUID类对象，使用其toString方法获取对应字符串，最后将格式转换一下即可。（不转换格式的输出类似c7322330-a405-4caa-9e2d-233b4fd3b3cb）

String name = UUID.randomUUID().toString.replaceAll("-");