Java 进阶day12 网络编程、TCP、UDP、模拟B\S服务器、BIO和NIO

知识点1、网络编程

网络编程概述：

实现不同计算机上进行数据传输的程序。

网络编程三要素：（IP地址、端口号、协议）

IP地址找到电脑、端口号找到程序、协议传输数据

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（相当于手机号码）。

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。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

IP地址介绍

查看本机IP地址
在DOS命令行输入: ipconfig

检查网络是否连通
在DOS命令行输入: ping IP地址

特殊IP地址
127.0.0.1：是回送地址也称本地回环地址，可以代表本机的IP地址，一般用来测试使用

端口介绍

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。
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。

协议介绍

传输层协议：UDP、TCP

UDP协议

用户数据报协议（User Datagram Protocol）

1、不需要连接
2、速度快
3、有大小限制，一个包最多发送64K （如果大于64K，会自动拆成多个包发送）
4、易丢失数据

适用场景：
直播、语音通话、视频会话

TCP协议（重点）

传输控制协议（Transmission Control Protocol）

1、需要连接
2、速度慢
3、没有大小限制（以流的形式传输数据）
4、不易丢失数据

适用场景：
对信息安全要求较高的场景，下载、金融等数据通信

InetAddress类的使用

静态方法，用类名调用

		// 获取本机IP地址对象
        InetAddress host = InetAddress.getLocalHost();
        // 获取主机名
        String hostName = host.getHostName();
        // 获取IP地址字符串
        String hostAddress = host.getHostAddress();

知识点2、UDP通信

发送端 发送的是二进制数据	接收端
1、创建发送端 2、创建一个数据包 3、发送数据包	1、创建接受端 2、创建空的数据包 3、接受数据

发送端不需要端口号，接收端需要端口号
发送端 DatagramSocket()
接收端 DatagramSocket(int post)

创建发送的数据包
DatagramPacket​(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)
创建接收的数据包
DatagramPacket​(byte[] buf, int length)

UDP发送端

步骤：
1、创建发送端
2、创建数据包
3、发送数据
4、关流

public class UDPSender {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        // 1.创建发送端
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

        // 2.创建数据包
        byte[] bytes = "你好UDP!".getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, InetAddress.getLocalHost(), 10011);

        // 3.发送数据
        socket.send(packet);

        socket.close();
    }
}

UDP接收端

步骤：
1、创建接收端
2、创建空的数据包
3、接收数据
4、关流

public class UDPReceiver {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        // 1.创建接收端
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(10011);

        // 2.创建空的数据包
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

        // 3.接收数据
        socket.receive(packet); // 没有数据会一直等待,阻塞式方法
        int len = packet.getLength(); // 接收到数据的长度
        System.out.println("接收到数据: " + new String(buf, 0, len));

        socket.close();
    }
}

注意：
1、先有接收端，然后再运行发送端
2、接收端：没有数据会一直等待，阻塞式方法

知识点3、TCP通信

TCP协议通信需要连接，建立连接后以流的形式传输

客户端

步骤：
1、创建客户端
2、写数据
3、读数据
4、关流

public class TCPClient {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        //  1、创建客户端
        Socket client = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 10011);
        
        //   2、写数据
        OutputStream out = client.getOutputStream();
        out.write("约吗？".getBytes());
        
        //    3、读数据
        InputStream in = client.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int len = in.read(buf);
        System.out.println(new String(buf,0,len));
        
        //   4、关流
        in.close();
        out.close();
        client.close();

    }
}

服务端

步骤：
1、创建服务端
2、接收请求
3、读数据
4、写数据
5、关流

public class TCPServer {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        System.out.println("服务端启动了");
        //  创建服务端
        ServerSocket server = new ServerSocket(10011);

        //   接收请求
        Socket socket = server.accept();  // 没有客户端连接的时候会一直停在这里

        //   读数据
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int len = in.read(buf);
        System.out.println(new String(buf,0,len));

        //    写数据
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("不约？滚".getBytes());

        //关流
        out.close();
        in.close();
        socket.close();
        server.close();
    }
}

注意：
1、socket的流能做循环的时候无法停下来，需要在客户端调用 shutdownOutput()
2、服务端返回的socket 和客户端的socket 不同，是新建一个socket。
3、先运行服务端，再运行客户端。
4、socket.accept() 服务端没有客户端连接会一直等待，阻塞式方法。

案例1：传输文件

客户端

public class UploadClient {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        System.out.println("文件上传客户端启动啦!");
        // 1.创建客户端
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 33445);
        // 2.创建文件输入流
        FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\MyFileTest\\xyz.png");

        // 3.得到Socket的输出流
        OutputStream out = socket.getOutputStream();

        // 4.循环读写数据
        byte[] buf = new byte[1024]; // 保存读取的数据
        int len; // 保存读取的数量
        while ((len = fis.read(buf)) != -1) {
     
            out.write(buf, 0, len);
        }
        socket.shutdownOutput(); // 告诉socket这个流没有数据啦
        System.out.println("客户端发送完成!");

        // 5.得到Socket输入流读取数据
        InputStream in = socket.getInputStream();
        len = in.read(buf); // 读取多个字节,读取到的数据保存buf中,读取的数量赋值给len
        System.out.println("客户端收到: " + new String(buf, 0, len));

        // 6.关闭资源
        in.close();
        out.close();
        fis.close();
        socket.close();
    }
}

服务端

public class UploadServer {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        System.out.println("文件上传服务端启动啦!");
        // 1.创建服务端
        ServerSocket ss = new ServerSocket(33445);
        // 2.同意客户端的连接
        Socket socket = ss.accept();
        // 3.得到Socket输入流
        InputStream in = socket.getInputStream();

        // 4.创建文件输出流
        // UUID生成一个随机的字符串
        String fileName = UUID.randomUUID().toString();
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("study_day12\\upload\\" + fileName + ".png");
        // 5.循环读写数据
        byte[] buf = new byte[1024]; // 保存读取到的数据
        int len; // 保存读取的数量
        while ((len = in.read(buf)) != -1) {
     
            fos.write(buf, 0, len);
        }
        System.out.println("接收完毕!");

        // 6.得到Socket的输出流写数据
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("上传完成!".getBytes());

        // 7.关闭
        out.close();
        fos.close();
        in.close();
        socket.close();
        ss.close();
    }
}

注意：

1、客户端的循环读写结束了，但是服务端的循环读写没有结束 ,需要在客户端中调用 shutdownOutput()

2、原因：
客户端在读写的时候，fis在读数据，fis是文件输入流，当读取不到数据会返回-1，可以结束循环
服务端在读写数据的时候，in在读数据，in是socket的输入流，当读取不到数据，会一直等待

3、怎么解决？
客户端切断流 shutdownOutput() // 告诉客户端这个流没有数据

4、解决文件重名的问题
String fileName = UUID.randomUUID().toString()

知识点4、模拟B\S服务器

HTTP 超文本传输协议
HTTP协议对TCP协议进行封装，需要按照HTTP规则收发数据

网站服务器的核心原理：
网站服务器是TCP服务端，发送数据给浏览器，浏览器显示

public class WebServer {
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
     
        // 网站服务器就是TCP服务端
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6688);
        while (true) {
     
            Socket socket = ss.accept();
            System.out.println("有人连接啦!: " + socket);

            // 给浏览器回数据
            // HTTP协议对TCP协议进行了封装,我们需要按照HTTP的规则收发数据
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
            out.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
            out.write("\r\n".getBytes());

            // 再把服务器上的web\index.html发送给浏览器
            FileInputStream fis = new FileInputStream("F:\\Demo\\index.html");
            byte[] buf = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = fis.read(buf)) != -1) {
     
                out.write(buf, 0, len);
            }

            fis.close();
            out.close();
            socket.close();
        }
    }
}

在浏览器中输入: http://127.0.0.1:6688
http:// 是超文本传输协议,可以传输文字图片,视频等等资源
127.0.0.1: 服务器的IP地址
6688: 服务器的端口号

知识点5、BIO和NIO

JDK1.4以前:InputStream/OutputStream称为BIO(Blocking IO) 阻塞式IO
JDK1.4推出了一套新的IO体系称为NIO (New IO/ Not Blocking IO) 非阻塞式IO

阻塞： 如果没有数据就一直等待
非阻塞： 如果没有数据,不会一直等待,可以做其他事情
非阻塞的好处，不需要一直等待，当有数据来才需要处理，没有数据可以做其他操作

BIO 两个单向的流

NIO 双向传输数据

NIO 3个角色：

1、Channel（通道）可以双向传输数据

2、 ByteBuffer 相当于之前BIO的byte[],可以保存要发送和接收的数据
ByteBuffer 效率比byte[]要高,功能更强大

3、Selector 选择器,可以管理多个连接
使用了多路复用，只需要一个线程就可以处理
多个通道，降低内存占用率，减少CPU切换时间，
在高并发、高频段业务环境下有非常重要的优势