20145207 《Java程序设计》第10周学习总结

Posted 2020-09-14

教材知识汇总

13.1 网络概述

13.1.1计算机网络概述

• 网络编程的实质：两个(或多个)设备(例如计算机)之间的数据传输。
• 计算机网络的定义：通过一定的物理设备将处于不同位置的计算机连接起来组成的网络，这个网络中包含的设备有：计算机、路由器、交换机等等。
• 网络最主要的优势在于共享：共享设备和数据。
• IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。在计算机网络中,现在命名IP地址的规定是IPv4协议，该协议规定每个IP地址由4个0-255之间的数字组成，例如10.0.120.34。
• 一个IP地址可以对应多个域名，一个域名只能对应一个IP地址。
• DNS服务器实现域名解析，当DNS不正常工作时，只能通过IP地址访问该设备。所以IP地址的使用要比域名通用一些。
• 在同一个计算机中每个程序对应唯一的端口，这样一个计算机上就可以通过端口区分发送给每个端口的数据了，换句话说，也就是一个计算机上可以并发运行多个网络程序，而不会在互相之间产生干扰。

13.1. 2 网络编程概述

• 在网络通讯中，第一次主动发起通讯的程序被称作客户端(Client)程序，简称客户端，而在第一次通讯中等待连接的程序被称作服务器端(Server)程序，简称服务器。一旦通讯建立，则客户端和服务器端完全一样，没有本质的区别。
• 使用C/S结构（客户端/服务器）：在开发时需要分别开发客户端和服务器端。 优势：客户端、服务器是专门开发的，表现力丰富。 劣势：通用性差，几乎不能通用等，维护的压力比较大。
• 使用B/S结构（浏览器/服务器）：在开发时只需要开发服务器端。 优势：开发的压力比较小，不需要维护客户端。 劣势：浏览器的限制比较大，表现力不强，无法进行系统级操作等。
• P2P程序(Point to Point)：一种特殊的程序，应该一个P2P程序中既包含客户端程序，也包含服务器端程序，例如BT，使用客户端程序部分连接其它的种子(服务器端)，而使用服务器端向其它的BT客户端传输数据。
• 协议(Protocol)：在实际进行数据交换时，为了让接收端理解该数据，那么就需要规定该数据的格式，这个数据的格式就是协议。

13.1.3 网络通讯方式

在现有的网络中，网络通讯的方式主要有两种：

1、 TCP(传输控制协议)方式 2、 UDP(用户数据报协议)方式

在网络通讯中，TCP方式就类似于拨打电话，使用该种方式进行网络通讯时，需要建立专门的虚拟连接，然后进行可靠的数据传输，如果数据发送失败，则客户端会自动重发该数据。而UDP方式就类似于发送短信，使用这种方式进行网络通讯时，不需要建立专门的虚拟连接，传输也不是很可靠，如果发送失败则客户端无法获得。

13.2 网络编程技术

13.2.1网络编程步骤

介绍网络编程的步骤时，均以C/S结构为基础进行介绍。

13.2.1.1 客户端网络编程步骤

1、 建立网络连接

客户端网络编程的第一步都是建立网络连接。在建立网络连接时需要指定连接到的服务器的IP地址和端口号，建立完成以后，会形成一条虚拟的连接，后续的操作就可以通过该连接实现数据交换了。 2、 交换数据（可重复步骤）

连接建立以后，就可以通过这个连接交换数据了。交换数据严格按照请求响应模型进行，由客户端发送一个请求数据到服务器，服务器反馈一个响应数据给客户端，如果客户端不发送请求则服务器端就不响应。 根据逻辑需要，可以多次交换数据，但是还是必须遵循请求响应模型。 3、 关闭网络连接

在数据交换完成以后，关闭网络连接，释放程序占用的端口、内存等系统资源，结束网络编程。

13.2.1.2 服务器端网络编程步骤

1、 监听端口

服务器端属于被动等待连接，所以服务器端启动以后，不需要发起连接，而只需要监听本地计算机的某个固定端口即可。 这个端口就是服务器端开放给客户端的端口，服务器端程序运行的本地计算机的IP地址就是服务器端程序的IP地址。 2、 获得连接

当客户端连接到服务器端时，服务器端就可以获得一个连接，这个连接包含客户端的信息，例如客户端IP地址等等，服务器端和客户端也通过该连接进行数据交换。 一般在服务器端编程中，当获得连接时，需要开启专门的线程处理该连接，每个连接都由独立的线程实现。 3、 交换数据

服务器端通过获得的连接进行数据交换。服务器端的数据交换步骤是首先接收客户端发送过来的数据，然后进行逻辑处理，再把处理以后的结果数据发送给客户端。简单来说，就是先接收再发送，这个和客户端的数据交换数序不同。 其实，服务器端获得的连接和客户端连接是一样的，只是数据交换的步骤不同。 当然，服务器端的数据交换也是可以多次进行的。 在数据交换完成以后，关闭和客户端的连接。 4、 关闭连接

当服务器程序关闭时，需要关闭服务器端，通过关闭服务器端使得服务器监听的端口以及占用的内存可以释放出来，实现了连接的关闭。

• TCP方式是需要建立连接的，对于服务器端的压力比较大，而UDP是不需要建立连接的，对于服务器端的压力比较小罢了。
• 无论使用任何语言，任何方式进行基础的网络编程，都必须遵循固定的步骤进行操作，在熟悉了这些步骤以后，可以根据需要进行逻辑上的处理，但是还是必须遵循固定的步骤进行。

13.2.2 Java网络编程技术

InetAddress类：该类的功能是代表一个IP地址，并且将IP地址和域名相关的操作方法包含在该类的内部。

1 注意：由于该代码中包含一个互联网的网址，所以运行该程序时需要联网，否则将产生异常。

13.2.3 TCP编程

在Java语言中，对于TCP方式的网络编程提供了良好的支持，在实际实现时，以java.net.Socket类代表客户端连接，以java.net.ServerSocket类代表服务器端连接。

在使用TCP方式进行网络编程时，需要按照前面介绍的网络编程的步骤进行，下面分别介绍一下在Java语言中客户端和服务器端的实现步骤。

在客户端网络编程中，首先需要建立连接，在Java API中以java.net.Socket类的对象代表网络连接，所以建立客户端网络连接，也就是创建Socket类型的对象，该对象代表网络连接，示例如下：

     Socket socket1 = new Socket(“192.168.1.103”,10000);

 

     Socket socket2 = new Socket(“www.sohu.com”,80);

上面的代码中，socket1实现的是连接到IP地址是192.168.1.103的计算机的10000号端口，而socket2实现的是连接到域名是www.sohu.com的计算机的80号端口，至于底层网络如何实现建立连接，对于程序员来说是完全透明的。如果建立连接时，本机网络不通，或服务器端程序未开启，则会抛出异常。

连接一旦建立，则完成了客户端编程的第一步，紧接着的步骤就是按照“请求-响应”模型进行网络数据交换，在Java语言中，数据传输功能由Java IO实现，也就是说只需要从连接中获得输入流和输出流即可，然后将需要发送的数据写入连接对象的输出流中，在发送完成以后从输入流中读取数据即可。示例代码如下：

     OutputStream os = socket1.getOutputStream(); //获得输出流

 

     InputStream is = socket1.getInputStream();     //获得输入流

上面的代码中，分别从socket1这个连接对象获得了输出流和输入流对象，在整个网络编程中，后续的数据交换就变成了IO操作，也就是遵循“请求-响应”模型的规定，先向输出流中写入数据，这些数据会被系统发送出去，然后在从输入流中读取服务器端的反馈信息，这样就完成了一次数据交换过程，当然这个数据交换过程可以多次进行。

这里获得的只是最基本的输出流和输入流对象，还可以根据前面学习到的IO知识，使用流的嵌套将这些获得到的基本流对象转换成需要的装饰流对象，从而方便数据的操作。

最后当数据交换完成以后，关闭网络连接，释放网络连接占用的系统端口和内存等资源，完成网络操作，示例代码如下：

     socket1.close();

在服务器端程序编程中，由于服务器端实现的是被动等待连接，所以服务器端编程的第一个步骤是监听端口，也就是监听是否有客户端连接到达。实现服务器端监听的代码为：

     ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

该代码实现的功能是监听当前计算机的10000号端口，如果在执行该代码时，10000号端口已经被别的程序占用，那么将抛出异常。否则将实现监听。

服务器端编程的第二个步骤是获得连接。该步骤的作用是当有客户端连接到达时，建立一个和客户端连接对应的Socket连 接对象，从而释放客户端连接对于服务器端端口的占用。实现功能就像公司的前台一样，当一个客户到达公司时，会告诉前台我找某某某，然后前台就通知某某某， 然后就可以继续接待其它客户了。通过获得连接，使得客户端的连接在服务器端获得了保持，另外使得服务器端的端口释放出来，可以继续等待其它的客户端连接。 实现获得连接的代码是：

     Socket socket = ss.accept();

最后，在服务器端通信完成以后，关闭服务器端连接。实现的代码为：

     ss.close();

• 网络通讯的方式除了TCP方式以外，还有一种实现的方式就是UDP方式。UDP(User Datagram Protocol)，中文意思是用户数据报协议，方式类似于发短信息，是一种物美价廉的通讯方式，使用该种方式无需建立专用的虚拟连接，由于无需建立专用的连接，所以对于服务器的压力要比TCP小很多，所以也是一种常见的网络编程方式。

UDP客户端编程涉及的步骤也是4个部分：建立连接、发送数据、接收数据和关闭连接。

首先介绍UDP方式的网络编程中建立连接的实现。其中UDP方式的建立连接和TCP方式不同，只需要建立一个连接对象即可，不需要指定服务器的IP和端口号码。实现的代码为：

               DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

这样就建立了一个客户端连接，该客户端连接使用系统随机分配的一个本地计算机的未用端口号。在该连接中，不指定服务器端的IP和端口，所以UDP方式的网络连接更像一个发射器，而不是一个具体的连接。

当然，可以通过制定连接使用的端口号来创建客户端连接。

               DatagramSocket ds = new DatagramSocket(5000);

这样就是使用本地计算机的5000号端口建立了一个连接。一般在建立客户端连接时没有必要指定端口号码。

UDP方式客户端网络编程的最后一个步骤就是关闭连接。虽然UDP方式不建立专用的虚拟连接，但是连接对象还是需要占用系统资源，所以在使用完成以后必须关闭连接。关闭连接使用连接对象中的close方法即可，实现的代码如下：

               ds.close();

需要说明的是，和TCP建立连接的方式不同，UDP方式的同一个网络连接对象，可以发送到达不同服务器端IP或端口的数据包，这点是TCP方式无法做到的。

首先UDP方式服务器端网络编程需要建立一个连接，该连接监听某个端口，实现的代码为：

       DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10010);

由于服务器端的端口需要固定，所以一般在建立服务器端连接时，都指定端口号。例如该示例代码中指定10010端口为服务器端使用的端口号，客户端端在连接服务器端时连接该端口号即可。

接着服务器端就开始接收客户端发送过来的数据，其接收的方法和客户端接收的方法一直，其中receive方法的作用类似于TCP方式中accept方法的作用，该方法也是一个阻塞方法，其作用是接收数据。

网络协议

网络协议是指对于网络中传输的数据格式的规定。对于网络编程初学者来说，没有必要深入了解TCP/IP协议簇，所以对于初学者来说去读大部头的《TCP/IP协议》也不是一件很合适的事情，因为深入了解TCP/IP协议是网络编程提高阶段，也是深入网络编程底层时才需要做的事情。

网络协议也是网络程序的核心，所以在实际开始进行网络编程时，设计一个良好的协议格式也是必须进行的工作。