同系列文章导读：【JavaSE】文章导读

所有文章均在本博客首发，其他平台同步更新

如有问题，欢迎指正（评论区留言即可）

发表评论时请填写正确邮箱，以便于接收通知【推荐QQ邮箱】

网络编程入门

  • 网络编程：在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，可以进行数据传输

  • 网络编程三要素

    • IP地址：设备在网络中的地址，是唯一的标识
    • 端口：应用程序在设备中唯一的标识
    • 协议：数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP和TCP协议

IP

  • IP：全称“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。常见的IP分类为：ipv4和ipv6

    通过域名访问服务器->域名通过DNS服务器解析为IP地址传递回去->计算机再通过解析好的IP地址访问相应的服务器->服务器返回数据展示在浏览器上

  • IPv4

    • 32bit(4字节)：1 100000000 10101000 00000001 01000010

      点分十进制表示法：192.168.1.66

  • IPv6

    • 由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，而IPv4的模式下IP的总数是有限的。

      采用128位地址长度，分成8组，每16位分为一组

    • 冒分十六进制表示法：2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A

      省略前面的0：2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A

    • 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(FF01:0:0:0:0:0:0:1101)

      采用0位压缩表示法:FF01::1101

  • 常用命令

    • ipconfig：查看本机IP地址
    • ping IP地址：检查网络是否连通

InetAddress的使用

  • 为了方便我们对IP地址的获取和操作，Java提供了一个类InetAddress供我们使用
  • InetAddress：此类表示Internet协议(IP)地址

  • 常用方法

    • static InetAddress getByName(String host)：确定主机名称的IP地址。主机名称可以是机器名称，也可以是IP地址
    • String getHostName()：获取此IP地址的主机名
    • String getHostAddress()：返回文本显示中的IP地址字符串

端口

  • 端口：应用程序在设备中唯一的标识

  • 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或者应用

    在自己使用时使用1024以上的端口号就可以了

  • 注意：一个端口号只能被一个应用程序使用

协议

  • 在计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议

  • UDP协议

    • 用户数据报协议(User Datagram Protocol)

    • UDP是面向无连接通信协议

      速度快，有大小限制，一次最多发送64K，数据不安全，容易丢失数据

  • TCP协议

    • 传输控制协议(Transmission Control 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

UDP通讯程序

  • 发送端：发送数据

    接收端：接收数据

UDP发送端

  • 发送数据步骤

    • 创建发送端的DatagramSocket对象
    • 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)
    • 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
    • 释放资源
  • 代码实现
public class Demo{
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        // 创建发送端对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        // 数据打包   DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress, int port)
        String s = "需要发送的数据";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 10000;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
        // 发送数据
        ds.send(dp);
        // 释放资源
        ds.close();
    }
}

UDP接收端

  • 步骤

    • 创建接收端的DatagramSocket对象
    • 创建一个箱子，用于接收数据
    • 调用DatagramSocket的方法接收数据并将数据放入箱子中
    • 解析数据包，并把数据在控制台显示
    • 释放资源
  • 代码
public class Demo{
    public static void main(String[] args) throws{
        // 创建接收端对象------参数表示从10000端口接收数据
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
        // 创建箱子
        byte[] bytes = new bytes[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        // 接收数据
        ds.receive(dp);
        // 获取数据
        byte[] data = dp.getData();
        System.out.println(new String(data));
        // 释放资源
        ds.close();
    }
}

在这里运行时必须先运行接收端再运行发送端(否则都发送完了才运行接收端就接收不到了)

如果接收端在启动之后没有接收到数据，会阻塞

在接收数据的时候，需要调用一个getLength方法，表示接收到了多少字节

UDP练习

  • UDP发送数据：数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束
  • UDP接收端：因为不知道发送端什么时候停止发送，就死循环接收
// 发送端
package UDP;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Scanner;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        while(true){
            String s = sc.nextLine();
            if("886".equals(s)) break;
            byte[] bytes = s.getBytes();
            InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            int port = 10000;
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
            ds.send(dp);
        }
        ds.close();
    }
}
// 接收端
package UDP;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class ServerDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
        while(true){
            byte[] bytes = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
            ds.receive(dp);
            byte[] data = dp.getData();
            int length = dp.getLength();
            System.out.println(new String(data, 0, length));
        }
        // ds.close();
    }
}

三种通信方式

  • 单播：一个发送端通过一个路由器只发送给一个接收端（一对一）

  • 组播：一个发送端通过一个路由器发送给一组接收端（一对多）

    • 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，不可用

    • 组播的发送端在调用DatagramSocket对象的方法发送数据时，单播是发送给指定IP的电脑，组播是发送给组播地址

    • 组播的接收端创建的是MulticastSocket对象

      在创建箱子后，还要把当前电脑添加到这一组中

// 组播的发送端
public static void main(String[] args) throws IOException{
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    String s = "Hello Word";
    byte[] bytes = s.getBytes();
    InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.1.0");
    int port = 10000;
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
    ds.send(dp);
    ds.close();
}
// 接收端
public static void main(String[] args) throws IOException{
    MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
    // 把当前计算机绑定一个组播地址
    ms.joinGroup(InetAddress.getByName("224.0.1.0"));
  
    // 接收数据
    ms.receive(dp);
    byte[] data = dp.getData();
    int length = dp.getLength();
    System.out.println(new String(data, 0, length));
    ms.close();
}

  • 广播：一个发送端通过一个路由器发送给该局域网下所有接收端（一对所有）

    • 广播地址：255.255.255.255
// 发送端
public static void main(String[] args) throws IOException{
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    String s = "广播发送端";
    byte[] bytes = s.getBytes();
    InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
    int port = 10000;
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
    ds.sent(dp);
    ds.close();
}
// 接收端
public class ServerDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
        while(true){
            byte[] bytes = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
            ds.receive(dp);
            byte[] data = dp.getData();
            int length = dp.getLength();
            System.out.println(new String(data, 0, length));
        }
        ds.close();
    }
}

TCP通讯程序

  • 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

    发送端：Socket   接收端：ServerSocket

    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

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()

  • 代码实现
// 客户端
public static void main(String[] args) throws IOException{

  Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);

  OutputStream os = socket.getOutputStream();
  os.write("hello".getBytes());

  os.close();
  socket.close();
}

接收数据

  • 创建服务端的Socket对象(ServerSocket)

    ServerSocket(int port)

  • 监听客户端连接，返回一个Socket对象

    Socket accept()

  • 获得输入流，读数据，并把数据显示在控制台

    InputStream getInputStream()

  • 释放资源

    void close()

  • 代码实现
// 服务端
public static void main(String[] args){
  ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

  Socket accept = ss.accept();        // 没有客户端连接的话，就会死等，不执行后续代码，即阻塞

  InputStream is = accept.getInputStream();
  int b;
  while((b = is.read()) != -1){
      System.out.print((char) b);
  }

  is.close();
  ss.close();
}

原理分析

  • 不能先运行客户端（先运行客户端会没有服务端可连，就会报错）
  • 先运行服务端，代码会依次执行到accept方法，然后就阻塞，等待客户端连接

  • 运行客户端，在对象创建完毕之后，客户端与服务端的连接通道就已经建立

    客户端写数据，服务端读数据

  • 客户端释放资源，服务端释放资源

客户端创建对象并连接服务器，此时是通过三次握手协议保证服务器之间的连接

针对客户端，是往外写的，所以是输出流；而服务端是往进读的，所以是输入流

read方法也是阻塞的

在关流的时候，还多了一个往服务器写结束标记的动作

最后一步断开连接，会通过四次挥手协议保证连接终止

三次握手

  • 保证客户端与服务器之间建立连接
  • 第一次：客户端向服务器发出连接请求（等待服务器确认）
  • 第二次：服务器向客户端返回一个响应（告诉客户端收到了请求）
  • 第三次：客户端向服务端再次发出确认信息（连接建立）

四次挥手

  • 保证客户端与服务端取消连接，成功终止连接
  • 第一次：客户端向服务器发出取消连接请求

  • 第二次：服务器向客户端返回一个响应，表示收到客户端取消请求

    服务器将最后的数据处理完毕

  • 第三次：服务器向客户端发出确认取消信息
  • 第四次：客户端再次发送确认消息（连接取消）

练习

练习一

  • 客户端：发送数据，接收服务器反馈
  • 服务器：接收数据，给出反馈
  • 代码
// 客户端
package TCP;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.io.OutputStream;


public class ClientDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("hello".getBytes());
            socket.shutdownOutput();    // 仅仅关闭输出流，并写一个结束标记，对socket没有任何影响

            InputStream is = socket.getInputStream();
            int b;
            while((b = is.read()) != -1){
                    System.out.print((char)b);
            }

            is.close();
            os.close();
            socket.close();

    }
}
// 服务端
package TCP;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

import java.io.InputStream;

public class ServerDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

            Socket accept = ss.accept();

            InputStream is = (InputStream) accept.getInputStream();
            int b;
            while((b = is.read()) != -1){
                    System.out.print((char)b);
            }

            OutputStream os = accept.getOutputStream();
            os.write("who?".getBytes());

            os.close();
            is.close();
            accept.close();
            ss.close();

    }
}

练习二

  • 客户端：将本地文件上传到服务器，接收服务器的反馈
  • 服务器：接收客户上传的文件，上传完毕之后给出反馈
  • 代码
// 客户端
package TCP;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class ClientDemo2 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);

            // 本地的流，读取本地文件
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("1.png"));

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(os);
            int b;
            while((b = bis.read()) != -1){
                    bos.write(b);        // 通过网络写到服务器中
            }

            // 给服务器一个结束标记
            socket.shutdownOutput();

            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String line;
            while((line = br.readLine()) != null){
                    System.out.println(line);
            }

            socket.close();
            bis.close();
    }

}

// 服务器
package TCP;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerDemo2 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

            Socket accept = ss.accept();
            // 网络中的流，从客户端读取数据的
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
            // 本地的IO流，把数据写到本地中，实现永久化存储
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("src\\copy.png"));

            int b;
            while((b = bis.read()) != -1){
                    bos.write(b);
            }
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
            bw.write("上传成功！");
            bw.newLine();
            bw.flush();

            accept.close();
            ss.close();
            bos.close();
    }

}

服务端优化

  • 第一个弊端：服务器只能处理一个客户端请求，接受完一个文件之后，服务器就关闭了

    改进方式：循环

  • UUID

    • UUID uuid = UUID.randomUUID(); 生成一个随机且唯一的uid
    • uuid.toString(); 转换为字符串
    • 防止多次上传文件时，后上传的文件覆盖掉先上传的文件

  • 仅仅使用while循环，无法同时处理多个客户端的请求

    采用多线程改进

  • 使用多线程虽然可以让服务器同时处理多个客户端请求，但是资源消耗太大

    采用线程池改进

推荐阅读：【JavaSE】基础加强

END
本文作者： 文章标题：【JavaSE】网络编程基础
 本文地址：https://www.jiusi.cc/archives/33/
 版权说明：若无注明，本文皆九思のJava之路原创，转载请保留文章出处。
最后修改：2022 年 04 月 16 日
© 允许规范转载
如果觉得我的文章对你有用，请随意赞赏