网络编程

1 网络编程入门

1.1 概述

• 计算机网络
  是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统
• 网络编程
  在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，可以进行数据传输

1.2 网络编程三要素

• IP地址
  计算机的标识号
• 端口
  应用程序的标识号
• 协议
  规则

1.3 IP地址

IP地址：是网络中设备的唯一标识

• IP地址分为两大类
  • IPV4：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多
  • IPV6：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多
• DOS常用命令：
  • ipconfig:查看本机IP地址
  • ping IP地址：检查网络是否连通
• 特殊IP地址：
  • 127.0.0.1：是回送地址，可以代表本机地址，一般用来测试使用

1.4 InetAddress

InetAddress：此类表示Internet协议（IP）地址

• 相关方法

方法名	说明
static InetAddress getByName(String host)	确定主机名称的IP地址。主机名称可以是机器名称，也可以是IP地址
String getHostName()	获取此IP地址的主机名
String getHostAddress()	返回文本显示中的IP地址字符串

• 代码演示

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress address = InetAddress.getByName("LAPTOP-VB1NTR4K");

        String name = address.getHostName();

        String ip = address.getHostAddress();

        System.out.println("主机名:" + name);
        System.out.println("IP地址:" + ip);
    }
}

• 控制台展示
• 

1.5 端口和协议

• 端口
  • 设备上应用程序的唯一标识
• 端口号
  • 用两个字节表示的整数，范围在0 ~ 65535。0 ~ 1023用在一些知名的网络服务和应用，1024以上用于普通程序
• 协议
  • 连接和通信的规则
• UDP协议
  • 用户数据报协议（User Datagram Protocol）
  • 无连接通信协议
  • 消耗系统资源小，通信效率高，通常用于音频、视频和普通数据的传输
  • UPD传输数据时，不能保证数据完整性，所以传输重要文件，不建议使用UDP协议
    
• TCP协议
  • 传输控制协议（Transmission Control Protocol）
  • TCP是面向连接的通信协议，每次连接的创建都需要经过 “三次握手”
  • 三次握手：TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠
    第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认
    第二次握手，服务器向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求
    第三次握手，客户端再次向服务器发送确认信息，确认连接
  • 完成三次握手，连接建立，客户端和服务器就可以开始进行数据传输。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛。例如上传文件、下载文件、浏览网页

2 UDP通信程序

2.1 UDP发送数据

• Java中的UDP通信
  • UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，但是这两个Socket只是发送，接收数据的对象，因此对于基于UDP协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器的概念
  • Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket
• 构造方法

方法名	说明
DatagramSocket()	创建数据报套接字并将其绑定到本机地址上的任何可用端口
DatagramPacket(byte[ ] bys,int len,InetAddress add,int port)	创建数据包,发送长度为len的数据包到指定主机的指定端口

• 相关方法

方法名	说明
void send(DatagramPacket p)	发送数据报包
void close()	关闭数据报套接字
void receive(DatagramPacket p)	关闭数据报套接字

• 发送数据的步骤
  • • 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
  • 创建数据，并把数据打包
  • 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
  • 关闭发送端
• 代码演示

public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
        // DatagramSocket() 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的任何可用端口
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        //创建数据，并把数据打包
        //DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
        //构造一个数据包，发送长度为 length的数据包到指定主机上的指定端口号。
        byte[] bys = "hello,udp,我来了".getBytes();

        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10086);

        //调用DatagramSocket对象的方法发送数据
        //void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包
        ds.send(dp);

        //关闭发送端
        //void close() 关闭此数据报套接字
        ds.close();
    }
}

2.2 UDP 接收数据

• 接收数据步骤
  • 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
  • 创建一个数据包，用于接收数据
  • 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
  • 解析数据包，并把数据在控制台显示
  • 关闭接收端
• 构造方法

方法名	说明
DatagramPacket(byte[] buf, int len)	创建一个DatagramPacket用于接收长度为len的数据包

• 相关方法

方法名	说明
byte[] getData()	返回数据缓冲区
int getLength()	返回要发送的数据的长度或接收的数据的长度

• 代码演示

public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	//创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
      	DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);

      	//创建一个数据包，用于接收数据
      	byte[] bys = new byte[1024];
      	DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);

      	//调用DatagramSocket对象的方法接收数据
      	ds.receive(dp);

      	//解析数据包，并把数据在控制台显示
      	System.out.println("数据是：" + new String(dp.getData(), 0,                                             dp.getLength()));
        }
    }
}

2.3 UDP三种通讯方式

• 单播
  单播用于两个主机之间的端与端通信
• 组播
  组播用于对一组特定的主机进行通信
• 广播
  广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信

3 TCP通信程序

3.1 TCP发送数据

• Java中的TCP通信
  • Java对基于TCP协议提供了良好的封装，使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信
  • Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类
• 构造方法

方法名	说明
Socket(InetAddress address,int port)	创建流套接字并将其连接到指定IP指定端口号
Socket(String host, int port)	创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号

• 相关方法

方法名	说明
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

• 示例代码

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端的Socket对象(Socket)
        //Socket(String host, int port) 创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
        Socket s = new Socket("127.0.0.1",10000);

        //获取输出流，写数据
        //OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp,我来了".getBytes());

        //释放资源
        s.close();
    }
}

3.2 TCP接收数据

• 构造方法

方法名	说明
ServletSocket(int port)	创建绑定到指定端口的服务器套接字

• 相关方法

方法名	说明
Socket accept()	监听要连接到此的套接字并接受它

注意事项

1. accept方法是阻塞的,作用就是等待客户端连接
2. 客户端创建对象并连接服务器,此时是通过三次握手协议,保证跟服务器之间的连接
3. 针对客户端来讲,是往外写的,所以是输出流
   针对服务器来讲,是往里读的,所以是输入流
4. read方法也是阻塞的
5. 客户端在关流的时候,还多了一个往服务器写结束标记的动作
6. 最后一步断开连接,通过四次挥手协议保证连接终止

• 三次握手和四次挥手
  • 三次握手
    
  • 四次握手
    
• 示例代码

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        //ServerSocket(int port) 创建绑定到指定端口的服务器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        //Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它
        Socket s = ss.accept();

        //获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys,0,len);
        System.out.println("数据是：" + data);

        //释放资源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

4 NIO

4.1 概述

• BIO
  Blocking IO，阻塞型IO
• NIO
  No Blocking IO，非阻塞型IO
• 阻塞IO的弊端
  在等待的过程中，什么事也做不了
• 非阻塞IO的好处
  不需要一直等待，当一切就绪了再去做

4.2 NIO与BIO的区别

• 区别一
  BIO是阻塞的，NIO是非阻塞的
• 区别二
  BIO是面向流的，NIO是面型缓冲区的
  BIO中数据传输是单向的，NIO中的缓冲区是双向的

NIO中的三大模块

• 缓冲区
  用来存储数据
• 通道
  用来建立连接和传输数据
• 选择器
  监事通道状态
  

NIO创建缓冲区对象

• 方法介绍

方法名	说明
static ByteBuffer allocate(长度)	创建byte类型的缓冲区
static ByteBuffer wrap(byte[] array)	创建一个有内容的byte类型缓冲区

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
//        method1();

//        method2();

        ByteBuffer wrap = ByteBuffer.wrap("aaa".getBytes());
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(wrap.get());
        }
    }

    private static void method2() {
        byte [] bytes = {97,98,99};
        ByteBuffer byteBuffer2 = ByteBuffer.wrap(bytes);
        //缓冲区的长度3
        //缓冲区里面的内容就是字节数组的内容.
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(byteBuffer2.get());
        }
        System.out.println(byteBuffer2.get());
    }

    private static void method1() {
        ByteBuffer byteBuffer1 = ByteBuffer.allocate(5);
        //get
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(byteBuffer1.get());
        }
        System.out.println(byteBuffer1.get());
    }
}

4.5 NIO缓冲区添加数据

public class ByteBufferDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
//        int position()		  当前要操作的索引
//        int limit() 		  最多能操作到哪个索引
//        int capacity()		  缓冲区的总长度
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);
        System.out.println(byteBuffer.position());//0
        System.out.println(byteBuffer.limit());//10
        System.out.println(byteBuffer.capacity());//10

//        put(byte b)		  一次添加一个字节
//        byteBuffer.put((byte) 97);
//        System.out.println(byteBuffer.position());
//        System.out.println(byteBuffer.limit());
//        System.out.println(byteBuffer.capacity());

//        put(byte[] src)		 一次添加一个字节数组
//        byteBuffer.put("aaa".getBytes());
//        System.out.println(byteBuffer.position());//3
//        System.out.println(byteBuffer.limit());//10
//        System.out.println(byteBuffer.capacity());//10

//        position(int newPosition) 修改position
//        byteBuffer.position(1);

//        limit(int newLimit)	  修改limit
//        byteBuffer.limit(5);
//        System.out.println(byteBuffer.position());
//        System.out.println(byteBuffer.limit());
//        System.out.println(byteBuffer.capacity());

//        int remaining()		  还有多少能操作
//        boolean hasRemaining()	  是否还有能操作的

        byteBuffer.put("0123456789".getBytes());
        System.out.println(byteBuffer.remaining());
        System.out.println(byteBuffer.hasRemaining());
    }
}

4.6 NIO缓冲区获取数据

• 方法介绍
  
• 代码示例

public class ByteBufferDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);
        byteBuffer.put("abc".getBytes());

//        flip()  切换读写模式（写读）
        byteBuffer.flip();
//        get()   读一个字节
//        while(byteBuffer.limit() != byteBuffer.position()){
//            System.out.println((char) byteBuffer.get());
//        }

        for (int i = 0; i < byteBuffer.limit(); i++) {
            System.out.println((char) byteBuffer.get());
        }

//        get(byte[] dst) 读多个字节
//        byte [] bytes = new byte[byteBuffer.limit()];
//        byteBuffer.get(bytes);
//        System.out.println(new String(bytes));

//        get(int index)  读指定索引的字节
//        System.out.println((char) byteBuffer.get(0));

//        rewind()    将position设置为0，可以重复读
//        byteBuffer.rewind();
//        for (int i = 0; i < byteBuffer.limit(); i++) {
//            System.out.println((char) byteBuffer.get());
//        }

//        clear()     数据读写完毕（读->写）
        byteBuffer.clear();
        byteBuffer.put("qqq".getBytes());
//        array()     将缓冲区转换成字节数组返回

        byte[] bytes = byteBuffer.array();
        System.out.println(new String(bytes));
    }
}

4.7 小结

1. 需求：我要把数据写到缓冲区中。
   数据是从外面进入到缓冲区的，所以缓冲区在做读数据的操作。
2. 需求：我要把数据从缓冲区中读出来。
   数据是从缓冲区里面到外面的。所以缓冲区在做写数据的操作。
3. capacity：容量（长度）
   limit： 界限（最多能读/写到哪里）
   posotion：位置（读/写哪个索引）
4. 获取缓冲区里面数据之前，需要调用flip方法
5. 再次写数据之前，需要调用clear方法，
   但是数据还未消失，等再次写入数据，被覆盖了才会消失。