JAVA网络编程知识学习

Posted 大忽悠爱忽悠

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了JAVA网络编程知识学习相关的知识,希望对你有一定的参考价值。


学习目标

  • 能够辨别UDP和TCP协议特点
    • UDP 无连接,基于数据包,发出去就不管了,性能好,可能丢失数据。
    • TCP有连接,基于通信管道,可靠传输。
  • 能够说出TCP协议下两个常用类名称
    • 客户端Socket
    • 服务端ServerSocket
  • 能够编写TCP协议下字符串数据传输程序
    • 参见代码!
  • 能够理解TCP协议下文件上传案例
    • 参见代码!
  • 能够理解TCP协议下BS案例
    • 参见代码!
  • 能够说出NIO的优点。
    • BIO:同步阻塞式通信,线程要与客户端耦合,没有数据还要死等!并发越高,死的越快!!
    • NIO:同步非阻塞:只需要开始一个线程接收无数个客户端,再开启一个线程负责轮询所有的客户端
      ​ 是否有数据,有数据才开启一个线程处理它。适合连接多但是数据短的连接。
      ​ 性能较好!!

第一章 网络编程入门

1.1软件结构

  • 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。

  • 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

  • 网络通信协议: 通信协议是对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。

  • TCP/IP协议: 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol),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:

  • 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!!


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。

  • 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,已经介绍过了,不再赘述。

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

  • 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

  • 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:127.0.0.1localhost

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。

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。


InetAddress类

  • InetAddress类可以理解为java层面对面IP的一个抽象封装类
/**
    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
 */
public class InetAddressDemo01 
    public static void main(String[] args) throws Exception 
        // 获得本地主机IP地址对象
        InetAddress inet01 = InetAddress.getLocalHost();
        // pkxingdeMacBook-Pro.local/10.211.55.2
        // 主机名/ip地址字符串
        System.out.println(inet01);
        // 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
        // InetAddress inet02 = InetAddress.getByName("192.168.73.97");
        InetAddress inet02 = InetAddress.getByName("baidu.com");
        System.out.println(inet02);

        // 获得主机名
        String hostName = inet01.getHostName();
        System.out.println(hostName);
        // 获得IP地址字符串
        String hostAddress = inet01.getHostAddress();
        System.out.println(hostName);
        System.out.println(hostAddress);
       
        // 4.判断是否能通: ping  5s之前测试是否可通
        System.out.println(ip2.isReachable(5000)); // ping   

    


第二章 UDP通信程序

2.1 UDP协议概述

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通信过程如下图所示:

UDP协议的特点
    * 面向无连接的协议
    * 发送端只管发送,不确认对方是否能收到。
    * 基于数据包进行数据传输。
    * 发送数据的大小限制64K以内
    * 因为面向无连接,速度快,但是不可靠。

UDP协议的使用场景
    * 即时通讯
    * 在线视频
    * 网络语音电话

UDP协议相关的两个类
    * DatagramPacket
        * 数据包对象
        * 作用:用来封装要发送或要接收的数据,比如:集装箱
    * DategramSocket
        * 发送对象
        * 作用:用来发送或接收数据包,比如:码头

DatagramPacket类构造方法
    * DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
        * 创建发送端数据包对象
        * buf:要发送的内容,字节数组
        * length:要发送内容的长度,单位是字节
        * address:接收端的IP地址对象
        * port:接收端的端口号
    * DatagramPacket(byte[] buf, int length)
        * 创建接收端的数据包对象
        * buf:用来存储接收到内容
        * length:能够接收内容的长度

DatagramPacket类常用方法
    * int getLength() 获得实际接收到的字节个数

DatagramSocket类构造方法
    * DatagramSocket() 创建发送端的Socket对象,系统会随机分配一个端口号。
    * DatagramSocket(int port) 创建接收端的Socket对象并指定端口号

DatagramSocket类成员方法
    * void send(DatagramPacket dp) 发送数据包
    * void receive(DatagramPacket p) 接收数据包

2.2 UDP通信案例

2.2.1 UDP发送端代码实现

// UDP发送端代码实现
public class UDPSender 
    public static void main(String[] args)throws Exception
        // 定义一个字符串:要发送的内容
        String message = "我是大忽悠";
        // 字符串转字节数组
        byte[] buf = message.getBytes();
        // 创建数据包对象
        /*
         * 创建发送端数据包对象
         * buf:要发送的内容,字节数组
         * length:要发送内容的长度,单位是字节
         * address:接收端的IP地址对象
         * port:接收端的端口号
        * */
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,
                InetAddress.getLocalHost(),6666);
        // 创建发送端的发送对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
        // 发送数据包
        ds.send(dp);
        // 关闭发送对象释放端口号
        ds.close();
    

2.2.2 UDP接收端代码实现

/**
    UDP协议接收端代码实现
 */
public class UDPReceive 
    public static void main(String[] args)throws Exception
        // 创建接收对象DatagramSocket
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666);
        // 创建字节数组用来存储接收接收到的内容
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 创建数据包对象---用来接收客户端发来的数据
        //参数一:用来存储接收到内容
        //参数二:能够接收内容的长度
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);
        // 接收数据包
        ds.receive(dp);

        // 获得实际接收到的字节个数
        int len = dp.getLength();
        System.out.println("len = " + len);
        // 将字节数组的内容转换为字符串输出
        System.out.println(new String(buf,0,len));

        // 获得发送端的ip地址
        String sendIp = dp.getAddress().getHostAddress();
        // 获得发送端的端口号
        int port  = dp.getPort();
        System.out.println(sendIp);
        System.out.println(port);

        // 关闭Socket对象
        ds.close();
    


第三章 TCP通信程序

3.1 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

3.2 TCP通信案例

3.2.2 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。
 */
// TCP客户端代码实现
public class TCPClient 
    public static void main(String[] args) throws Exception
        // 要发送的内容
        String content = "你好TCP服务器端,约吗";
        // 创建Socket对象
        Socket socket = new Socket("192.168.73.99",9999);
        // System.out.println(socket);
        // 获得字节输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 输出数据到服务器端
        out.write(content.getBytes());

        // 获得字节输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 创建字节数组:用来存储读取到服务器端数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 读取服务器端返回的数据
        int len = in.read(buf);
        System.out.println("len = " + len);
        System.out.println("服务器端返回的内容 = " + new String(buf,0,len));

        // 关闭socket对象
        socket.close();
    

3.3.3 服务器向客户端回写数据

/**
    TCP服务器端代码实现

    ServerSocket类构造方法
        * ServerSocket(int port) 根据指定的端口号开启服务器。

    ServerSocket类常用方法
        *  Socket accept() 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象

    TCP服务器端代码实现步骤
        * 创建ServerSocket对象并指定端口号(相当于开启了一个服务器)
        * 调用ServerSocket对象的accept方法等待客端户连接并获得对应Socket对象
        * 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方法读取客户端发送的数据
        * 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方法往客户端输出数据
        * 关闭Socket和ServerSocket对象
 */
public class TCPServer 
    public static void main(String[] args)throws Exception
        // 创建服务器ocket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 获得字节输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 创建字节数组:用来存储读取到客户端发送的数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 读取客户端发送过来的数据
        int len = in.read(buf);
        System.out.println("len = " + len);
        System.out.println("客户端发送的数据 = " + new String(buf,0,len));

        // 获得字节输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 往客户端输出数据
        out.write("约你妹".getBytes());
       
        
        // 关闭socket
        socket.close();
        // 关闭服务器(在实际开发中,服务器一般不会关闭)
        serverSocket.close();
    


3.3 使用演示

客户端:

/**
     目标:TCP可靠传输通信入门案例(非常重要)。
     TCP/IP协议 ==> Transfer Control Protocol ==> 传输控制协议
     TCP/IP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。

     TCP通信也叫Socket网络编程,只要代码基于Socket开发,底层就是基于了可靠传输的
     TCP通信。

     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

     客户端的开发流程:
         1.客户端要请求于服务端的socket管道连接。
         2.从socket通信管道中得到一个字节输出流
         3.通过字节输出流给服务端写出数据。
     服务端的开发流程:
         1.注册端口。
         2.接收客户端的Socket管道连接。
         3.从socket通信管道中得到一个字节输入流。
         4.从字节输入流中读取客户端发来的数据。

     需求:客户端发送一行数据,服务端接收一行数据!!
     小结:
        1.客户端用Socket连接服务端。
        2.服务端用ServerSocket注册端口,接收客户端的Socket连接。
        3.通信是很严格的,对方怎么发,你就应该怎么收,对方发多少你就只能收多少。
        4.实现的面向连接的socket端到端的通信管道,一方如果出现问题,另一方会出现异常!
 */
public class ClientDemo01 
    public static void main(String[] args) throws Exception 
        // 1.客户端要请求于服务端的socket管道连接。
        // Socket(String host, int port)
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1" , 9999);
        // 2.从socket通信管道中得到一个字节输出流
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        // 3.把低级的字节输出流包装成高级的打印流。
        PrintStream ps = new PrintStream(os);
        // 4.开始发消息出去
        ps.println("我是客户端,喜欢你很久了,第一次给你发消息,只想说:约吗?");
        ps.flush();
        System.out.println("客户端发送完毕~~~~");
    

服务端:

/**
    目标:开发服务器。
         1.注册端口。
         2.接收客户端的Socket管道连接。
         3.从socket通信管道中得到一个字节输入流。
         4.从字节输入流中读取客户端发来的数据。
    ServerSocket类:
        构造器:public ServerSocket(int port)
        方法:public Socket accept():
             -- 等待接收一个客户端的Socket管道连接请求,连接成功返回一个Socket对象
 */
public class ServerDemo02 
    public static void main(String[] args) throws Exception 
        System.out.println("----服务端启动----");
        // 1.注册端口: public ServerSocket(int port)
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 2.开始等待接收客户端的Socket管道连接。
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 3.从socket通信管道中得到一个字节输入流。
        InputStream is = socket.getInputStream();
        // 4.把字节输入流转换成字符输入流
        Reader isr = new InputStreamReader(is);
        // 5.把字符输入流包装成缓冲字符输入流。
        BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
        // 6.按照行读取消息 。
        String line ;
        if((line = br.readLine())!=null)
            System.out.println(line);
        
    



3.4 注意事项


导致上面异常抛出的原因有很多,下面给出一种:



注意底层包装的是SocketInputStream,因此如果在通信管道中读取不到消息,会阻塞住,而不是像IO流一样直接返回null


目标:客户端可以反复发送数据,服务端可以反复收数据!!

问题:目前服务端只能接收一个客户端请求。

客户端:

/**
     目标:客户端可以反复发送数据,服务端可以反复收数据!!

     分析:
        只需要让客户端通过循环进行数据的发送。

     产生的问题:
        目前服务端只能接收一个客户端请求。
 */
public class ClientDemo01 
    public static void main(String[] args) 一站式学习Java网络编程

Java并发指南开篇:Java并发编程学习大纲

Java:进阶学习——网络编程

java编程培训学啥?

Java从零开始学习——Java网络编程

Java从零开始学习——Java网络编程