Java中的网络编程如何理解——精简

目录

引言

网络通信的三要素 

IP 

IP地址操作类InetAddress 

端口号（了解） 

协议 

UDP通信 

TCP通信 

实现同时接收多个客户端 

线程池优化 

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引言

         经过前面的课程，我们已经大概地了解到多线程的知识了，不知道大家是否已经掌握了呢？如果已经掌握了的话，那么我们今天就开始学习Java中的网络编程的相关知识，那么什么是网络编程呢？网络编程是可以让程序与网络上的其他设备中的数据进行数据交互。常见的通信模式有两种形式：Client-Server(CS)、Browser/Server(BS)。接下来我们将要学习的知识是网络通信的三要素、UDP通信、TCP通信。

网络通信的三要素 

关键的三要素：

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

（在通信过程中通过IP地址寻找设备，端口确定设备中的应用中的程序。） 

IP 

IP地址形式：

• 公网地址和私有地址（局域网使用）
• 192.168.开头的就是常见的局域网地址，范围即为192.168.0.0--192.168.255.255，专门为组织机构内部使用。

IP常用命令：

• ipconfig：查看本机IP地址
• ping IP地址：检查网路是否连通

特殊IP地址：

• 本机IP：127.0.0.1或者localhost：称为回送地址也可称为本地回环地址，只会寻找当前所在本机。 

IP地址操作类InetAddress 

InetAddress常用API

名称	说明
public static InetAddress getLocalHost()	返回本主机的地址对象
public static InetAddress getByName(String host)	得到指定主机的IP地址对象，参数是域名或者IP地址
public string getHostName()	获取此IP地址的主机名
public string getHostAddress()	返回IP地址字符串
public boolean isReachable(int timeout)	在指定毫秒内连通该IP地址对应的主机，连通返回true

        InetAddress ip1 = InetAddress.getLocalHost();
        //获取IP地址字符串
        System.out.println(ip1.getHostAddress());
        //返回IP地址主机名
        System.out.println(ip1.getHostName());
        //得到指定主机的IP地址对象
        InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("www.bilibili.com");
        //返回IP地址主机名
        System.out.println(ip2.getHostName());
        //获取IP地址字符串
        System.out.println(ip2.getHostAddress());
        //得到指定主机的IP地址对象
        InetAddress ip3 = InetAddress.getByName("111.6.174.2");
        //返回IP地址主机名
        System.out.println(ip3.getHostName());
        //获取IP地址字符串
        System.out.println(ip3.getHostAddress());
        //5秒后连通
        System.out.println(ip3.isReachable(5000));

端口号（了解） 

端口号：标识正在计算机设备上运行的进程（程序），被规定为一个16位的二进制，范围是0-65535。

端口类型：0-1023，被预先定义的知名应用占用（如:HTTP占用80，FTP占用21)。

注册端口:1024-49151，分配给用户进程或某些应用程序。(如:Tomcat占用8080，MySQL占用3306)。

动态端口:49152-65535，之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种进程，而是动态分配。

注意:我们自己开发的程序选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错。

协议 

传输层的两个常见协议：

• TCP：传输控制协议
• UDP：用户数据协议

TCP协议特点：

• 使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议
• 传输前，采用“三次握手”方式建立连接，所以是可靠的
• 在连接中可进行大数据量的传输
• 连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低

TCP协议通信场景：

• 对信息安全要求较高的场景，如：文件下载、金融等数据通信

UDP协议：

• UDP是一种无连接、不可靠传输的协议
• 将数据源IP、目的地IP和端口封装成数据包，不需要建立连接
• 每个数据包的大小限制在64KB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

UDP协议通信场景：

语言通话、视频通话等。

UDP通信 

DatagramPacket：数据包对象

构造器	说明
public 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:要发送内容的字节长度 address:接收端的 IP地址对象 port:接收端的端口号
public DatagramPacket(byte [ ] buf, int length  )	创建接收端的数据包对象 buf:用来存储接收的内容 length:能够接收内容的长度

 DatagramSocket:发送端和接收端对象

构造器	说明
public DatagramSocket( )	创建发送端的socket对象，系统会随机分配一个端口号
public DatagramSocket(int port)	创建接收端的socket对象并指定端口号

方法	说明
public void send （DatagramPacket dp）	发送数据包
public void receive （DatagramPacket p）	接收数据包

        为了更好的理解DatagramSocket和DatagramPacket，我们可以形象的把UDP形象的想象成“网购”，其中DatagramPacket就代表我们想要网购的商品，虽然这是我们买的，但是我们肯定是没有办法亲自去把商品拿走，因此就需要快递的运送，而DatagramSocket就是充当这个角色。商家将需要邮寄的商品通过DatagramPacket封装起来，然后再通过快递DatagramSocket将该商品派送到买家的手中。

//客户端
public static void main(String[] args) throws Exception{
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        byte [] buffer = "你好，我是石原里美！".getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length, InetAddress.getLocalHost(),9999);
        socket.send(packet);
        socket.close();
    }

//服务端
public static void main(String[] args) throws Exception{
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
        socket.receive(packet);
        int len = packet.getLength();//返回获取数据的长度
        String s = new String(buffer,0,len);
        System.out.println(s);
        socket.close();
    }

注意：服务端需要先启动，等待客户端向服务端传送数据。

TCP通信 

Socket

构造器	说明
public Socket(String host , int port)	创建发送端的Socket对象与服务端连接，参数为服务端程序的ip和端口。

方法	说明
OutputStream getOutputStream( )	获得字节输出流对象
InputStream getInputStream()	获得字节输入流对象

ServerSocket(服务端)

构造器	说明
public ServerSocket(int port)	注册服务端端口

方法	说明
public Socket accept（）	等待接口客户端的Socket通信连接，连接成功返回Socket对象与客户端建立端与端通信

//客户端
public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket socket = new Socket("172.0.0.1",7777);
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //通过打印输入流可以更高效
        PrintStream printStream = new PrintStream(os);
        printStream.println("你好，我是石原里美！");
        printStream.flush();
        }
    }

public static void main(String[] args) throws  Exception{
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);
        Socket socket = serverSocket.accept();
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //将字节输入流转化位字符输入流，再封装位缓冲字符输入流
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        String s ;
        while ((s = bufferedReader.readLine())!=null){
            System.out.println(socket.getLocalSocketAddress()+s);
        }
    }

实现同时接收多个客户端 

如果想要实现同时接收多个客户端的话，就需要使用多线程的知识，创建多个服务端。

首先创建一个类继承Thread，用于创建多线程：

public class ServerThread extends Thread{
    private Socket socket;

    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
//中间内容不在此赘述

    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String s ;
            while ((s = bufferedReader.readLine())!=null){
                System.out.println(socket.getLocalSocketAddress()+s);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 客户端代码：

public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket socket = new Socket("172.0.0.1",7777);
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        PrintStream printStream = new PrintStream(os);
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            String s = sc.next();
            printStream.println(s);
            printStream.flush();
        }
    }

服务端代码：

public static void main(String[] args) throws  Exception{
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);
        while (true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            new ServerThread(socket).start();
        }

    }

具体操作：在运行单个服务端代码之后，运行多个客户端代码即可实现同时接收多个客户端。

线程池优化 

通过前面的知识，我们了解到每一次都创建一个线程会影响系统的效率，因此需要通过线程池来控制线程的数量，若对线程池不理解的可以看这篇文章：

Java中的多线程如何理解

相对之前需要将线程类更改一下，需要写一个实现Runnable接口的线程类。

public class ServerRunnable implements Runnable{
    private Socket socket;

    @Override
    public void run() {
        
    }
}

最后则是需要在服务端作出修改，定义一个线程池：

public class ServerData {
    private static ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,5, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(3),
            Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    public static void main(String[] args) throws  Exception{
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);
        while (true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            ServerRunnable target = new ServerRunnable(socket);
            pool.execute(target);
        }

    }
}

创作不易，给个三连