Java——万字总结网络编程
网络编程
咱们先简单了解一下什么是网络编程，等具体的核心点还是在Javaweb中去讲解。
网络编程概述
- 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。
- 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
-
通信双方地址
- IP
- 端口号
-
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。
通信要素1：IP和端口号
- 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
- 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
- 特点：不易记忆
- 端口号标识正在计算机上运行的进程（程序）
- 不同的进程有不同的端口号
- 被规定为一个 16 位的整数 0~65535。
- 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。
- 端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket。
InetAddress类
-
Internet上的主机有两种方式表示地址：
- 域名(hostName)：www.zhenzhen.com
- IP 地址(hostAddress)：202.108.35.210
-
InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address。
-
InetAddress 类 对 象 含 有 一 个 Internet 主 机 地 址 的 域 名 和 IP 地 址 ：
www.zhenzhen.com 和 202.108.35.210。 -
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
在这里推荐大家去读一本书，网络是怎样连接的。
- InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下几个静态方法来获取InetAddress实例
- public static InetAddress getLocalHost()
- public static InetAddress getByName(String host)
- InetAddress提供了如下几个常用的方法
- public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
- public String getHostName()：获取此 IP 地址的主机名
- public boolean isReachable(int timeout)：测试是否可以达到该地址
通信要素2：网络协议
-
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。 -
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？ -
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。 -
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)。
-
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。
-
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。
-
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
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
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
Socket
- 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。
- 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。- - 网络通信其实就是Socket间的通信。
- 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。
- 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。
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。
Socket类的常用构造器：
- public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
- public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
Socket类的常用方法：
- public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息。
- public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息。
- public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
- public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。 即本端的IP地址。
- public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
- public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。 如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。
- public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。 关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和OutputStream。
- public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将返回 EOF（文件结束符）。 即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
- public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。 如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，则该流将抛出 IOException。 即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。
TCP网络编程
基于Socket的TCP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：
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,IOException：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。 - 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
例子：
Socket s = new
Socket(“192.168.40.165”,9999);
OutputStream out = s.getOutputStream();
out.write(" hello".getBytes());
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：
- 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。
- 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。
例子：
ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
Socket s = ss.accept ();
InputStream in = s.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int num = in.read(buf);
String str = new String(buf,0,num);
System.out.println(s.getInetAddress().toString()+”:”+str);
s.close();
ss.close();
UDP网络编程
- 类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。
- 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。
- 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。
- 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:
- public DatagramSocket(int port)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被
绑定到通配符地址，IP 地址由内核来选择。 - public DatagramSocket(int port,InetAddress laddr)创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。本地端口必须在 0 到 65535 之间（包括两者）。如果 IP 地址为 0.0.0.0，套接字将被绑定到通配符地址，IP 地址由内核选择。
- public void close()关闭此数据报套接字。
- public void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据报包。DatagramPacket 包含的信息指示：将要发送的数据、其长度、远程主机的 IP 地址和远程主机的端口号。
- public void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。 此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的 length 字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长，该信息将被截短。
- public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。
- public int getLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
- public InetAddress getInetAddress()返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接，则返回 null。
- public int getPort()返回此套接字的端口。如果套接字未连接，则返回 -1。
DatagramPacket类的常用方法:
- public DatagramPacket(byte[] buf,int length)构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。 length 参数必须小于等于 buf.length。
- public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。length参数必须小于等于 buf.length。
- public InetAddress getAddress()返回某台机器的 IP 地址，此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
- public int getPort()返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的。
- public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量 offset 处开始，持续 length 长度。
- public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。
UDP网络通信流程：
- DatagramSocket与DatagramPacket
- 建立发送端，接收端
- 建立数据包
- 调用Socket的发送、接收方法
- 关闭Socket
发送端与接收端是两个独立的运行程序
发送端代码：
DatagramSocket ds = null;
try {
ds = new DatagramSocket();
byte[] by = "hello,zhenzhen.com".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by, 0, by.length,
InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10000);
ds.send(dp);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (ds != null)
ds.close();
}
接收端代码：
在接收端，要指定监听的端口。
DatagramSocket ds = null;
try {
ds = new DatagramSocket(10000);
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(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一资源的地址。
- 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 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。
- 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…
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");
- 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。
一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但可以通过它给定的方法来获取这些属性：
- public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
- public String getHost( ) 获取该URL的主机名
- public String getPort( ) 获取该URL的端口号
- public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
- public String getFile( ) 获取该URL的文件名
- public String getQuery( ) 获取该URL的查询名
URI、URL和URN的区别
URI，是uniform resource identifier，统一资源标识符，用来唯一的标识一个资源。而URL是uniform resource locator，统一资源定位符，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。而URN，uniform resource name，统一资源命名，是通过名字来标识资源，比如mailto:[email protected]。也就是说，URI是以一种抽象的，高层次概念定义统一资源标识，而URL和URN则是具体的资源标识的方式。URL和URN都是一种URI。在Java的URI中，一个URI实例可以代表绝对的，也可以是相对的，只要它符合URI的语法规则。而URL类则不仅符合语义，还包含了定位该资源的信息，因此它不能是相对的。
总结：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。