14_网络编程
网络编程概述
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Java是 Internet 上的语言，它从语言级上提供了对网络应用程 序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序。
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Java提供的网络类库，可以实现无痛的网络连接，联网的底层 细节被隐藏在 Java 的本机安装系统里，由 JVM 进行控制。并 且 Java 实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一 的网络编程环境。
网络通信要素概述
IP和端口
IP + 端口组成的地址叫做套接字（socket）
如何实现网络中的主机互相通信
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通信双方地址
- IP
- 端口号
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一定的规则（即：网络通信协议。有两套参考模型）
- OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广 TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。
网络通信协议
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通信要素1：IP和端口号
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IP 地址：InetAddress
- 唯一的标识 Internet 上的计算机（通信实体）
- 本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1 主机名(hostName)：localhost IP地址分类方式1：IPV4 和 IPV6
- IPV4：4个字节组成，4个0-255。大概42亿，30亿都在北美，亚洲4亿。2011年初已 经用尽。以点分十进制表示，如192.168.0.1
- IPV6：128位（16个字节），写成8个无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示， 数之间用冒号（：）分开，如：3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
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IP地址分类方式2：公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。192.168. 开头的就是私有址址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机 构内部使用
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特点：不易记忆
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端口号标识正在计算机上运行的进程（程序）
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不同的进程有不同的端口号
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被规定为一个 16 位的整数 0~65535。
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端口分类：
- 公认端口：0~1023。被预先定义的服务通信占用（如：HTTP占用端口 80，FTP占用端口21，Telnet占用端口23）
- 注册端口：1024~49151。分配给用户进程或应用程序。（如：Tomcat占 用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等）。
- 动态/私有端口：49152~65535。
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端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket。
InetAddress类
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Internet上的主机有两种方式表示地址：
- 域名(hostName)：www.atguigu.com
- IP 地址(hostAddress)：202.108.35.210
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InetAddress 类主要表示 IP 地址 ， 两个子类： Inet4Address 、 Inet6Address 。
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InetAddress 类 对 象 含 有 一 个 Internet 主 机 地 址 的 域 名 和 IP 地 址 ： www.atguigu.com 和 202.108.35.210。
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域名容易记忆，当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器(DNS) 负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。 -------域名解析
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@Test
public void testInetAddress() throws UnknownHostException {
InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("localhost");
InetAddress inet3 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
InetAddress inet2 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inet1);
System.out.println(inet2);
System.out.println(inet1.getHostName());
System.out.println(inet1.getHostAddress());
}
通信要素2：网络协议
概述
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网络通信协议
- 计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代 码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。
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问题：网络协议太复杂
- 计算机网络通信涉及内容很多，比如指定源地址和目标地址，加密解密，压缩 解压缩，差错控制，流量控制，路由控制，如何实现如此复杂的网络协议呢？
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通信协议分层的思想
- 在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。最常 用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与 再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和扩展。
TCP/IP协议簇
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传输层协议中有两个非常重要的协议：
- 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
- 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。
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==TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)==而得 名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。
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IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。
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TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即 物理链路层、IP层、传输层和应用层。
TCP 和 UDP
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TCP协议：
- 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
- 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
- TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。
- 在连接中可进行大数据量的传输
- 传输完毕，需释放已建立的连接，效率低
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UDP协议：
- 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
- 每个数据报的大小限制在64K内
- 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
- 可以广播发送
- 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快
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Socket
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利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实 上的标准。
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网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标 识符套接字。 通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。
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网络通信其实就是Socket间的通信。
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Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。
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一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端。
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Socket分类：
- 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
- 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务
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TCP网络编程
- Java语言的基于套接字编程分为服务端编程和客户端编程，其通信模 型如图所示：
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- 客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：
- 创建 Socket：根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端 响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
- 打开连接到 Socket 的输入/出流： 使用 getInputStream()方法获得输入流，使用 getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
- 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息 （但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
- 关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路
客户端创建Socket对象
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客户端程序可以使用 Socket 类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连 接。Socket的构造器是：
- Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOExceptio n：向服务器(域名是 host。端口号为port)发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
- Socket(InetAddress address,int port)throws IOException ：根据InetAddress对象所表示的 IP地址以及端口号port发起连接。
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客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求
Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),7788);
OoutputStream out = s.getOutputStream();
out.wirte("hello".getBytes());
out.close();
s.close();
- 服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：
- 调用 ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口 上。用于监听客户端的请求。
- 调用 accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信 套接字对象。
- 调用 该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：获取输出 流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
- 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。
服务器建立 ServerSocket 对象
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ServerSocket 对象负责等待客户端请求建立套接字连接，类似邮局某个窗口 中的业务员。也就是说，服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字 连接的ServerSocket对象。
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所谓“接收”客户的套接字请求，就是accept()方法会返回一个 Socket 对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(7788);
Socket st = ss.accept();
InputStream is = st.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[10];
int len = 0;
while((len = is.read(buffer))!=-1){
...
}
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UDP网络编程
概述
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类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。
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UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收，系统不保证 UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不能确定什么时候可以抵达。
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DatagramPacket 对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP 地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。
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UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和 接收方的连接。如同发快递包裹一样。
DatagramSocket 类的常用方法
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7PPRL1Ff-1600041541633)(/Users/haitao/Pictures/TyporaPic/14_网络编程/image-20200911111600673.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UQv1OJh8-1600041541633)(/Users/haitao/Pictures/TyporaPic/14_网络编程/image-20200911111607969.png)]
UDP网络通信
流 程：
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DatagramSocket与DatagramPacket
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建立发送端，接收端
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建立数据包
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调用Socket的发送、接收方法
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关闭Socket
发送端与接收端是两个独立的运行程序
// 发送端
DatagramSocket ds = null;
try{
ds = new DatagramSocket();
byte[] by = "hello".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,0,by.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),7788);
ds.send(dp);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(ds!=null){
ds.close();
}
}
// 接收端
DatagramSocket ds = null;
try{
ds = new DatagramSocket(7788);
byte[] by = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length);
ds.receive(dp);
String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println(str + "----" + dp.getAddress());
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(ds!=null){
ds.close();
}
}
URL编程
URL类
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URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一资源的地址。
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它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate 这个资源。 通过
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URL 我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 www，ftp 站点。浏览器通过解析给定的 URL 可以在网络上查找相应的文件或其他资源。
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URL的基本结构由5部分组成：
<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表
例如:
http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp#a?username=shkstart&password=123 #片段名：即锚点，例如看小说，直接定位到章节 参数列表格式：参数名=参数值&参数名=参数值…
URL类构造器
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为了表示URL，java.net 中实现了类 URL。我们可以通过下面的构造器来初 始化一个 URL 对象：
- public URL (String spec)：通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。例 如：URL url = new URL (“http://www. atguigu.com/”);
- public URL(URL context, String spec)：通过基 URL 和相对 URL 构造一个 URL 对象。 例如==：URL downloadUrl = new URL(url, “download.html")==
- public URL(String protocol, String host, String file); 例如：new URL(“http”, “www.atguigu.com”, “download. html");
- public URL(String protocol, String host, int port, String file); 例如: URL gamelan = new URL(“http”, “www.atguigu.com”, 80, “download.html");
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URL类的构造器都声明抛出非运行时异常，必须要对这一异常进行处理，通 常是用 try-catch 语句进行捕获。
URL类常用方法
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6eWhQbnu-1600041541634)(/Users/haitao/Pictures/TyporaPic/14_网络编程/image-20200911132005661.png)]
URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/myTest.txt");
System.out.println(url.getProtocol());
url.getHost();
url.getPort();
url.getPath();
url.getFile();
getQuery();
URLConnection类
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URL的方法 openStream()：能从网络上读取数据
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若希望输出数据，例如向服务器端的 CGI （公共网关接口-Common Gateway Interface-的简称，是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口）程序发送一 些数据，则必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，此时需要使用 URLConnection 。
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URLConnection：表示到URL所引用的远程对象的连接。当与一个URL建立连接时， 首先要在一个 URL 对象上通过方法 openConnection() 生成对应的 URLConnection 对象。如果连接过程失败，将产生IOException.
URL url = new URL("http://www.atguigu.coom/index.html");
URLConnection u = url.openConnection();
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XXjQHPVB-1600041541635)(/Users/haitao/Pictures/TyporaPic/14_网络编程/image-20200911132338200.png)]
URI、URL和URN的区别
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小结
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位于网络中的计算机具有唯一的IP地址，这样不同的主机可以互相区分。
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客户端－服务器是一种最常见的网络应用程序模型。服务器是一个为其客户端提供某种特定 服务的硬件或软件。客户机是一个用户应用程序，用于访问某台服务器提供的服务。端口号 是对一个服务的访问场所，它用于区分同一物理计算机上的多个服务。套接字用于连接客户 端和服务器，客户端和服务器之间的每个通信会话使用一个不同的套接字。TCP协议用于实 现面向连接的会话。
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Java 中有关网络方面的功能都定义在 java.net 程序包中。Java 用 InetAddress 对象表示 IP 地址，该对象里有两个字段：主机名(String) 和 IP 地址(int)。 类 Socket 和 ServerSocket 实现了基于TCP协议的客户端－服务器程序。Socket是客户端 和服务器之间的一个连接，连接创建的细节被隐藏了。这个连接提供了一个安全的数据传输 通道，这是因为 TCP 协议可以解决数据在传送过程中的丢失、损坏、重复、乱序以及网络 拥挤等问题，它保证数据可靠的传送。
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类 URL 和 URLConnection 提供了最高级网络应用。URL 的网络资源的位置来同一表示 Internet 上各种网络资源。通过URL对象可以创建当前应用程序和 URL 表示的网络资源之 间的连接，这样当前程序就可以读取网络资源数据，或者把自己的数据传送到网络上去。