JAVA学习笔记06——网络编程基础

JAVA学习笔记06——网络编程基础

网络相关概念

• 网络通信

  • 概念：两台设备之间通过网络实现数据传输
  • 网络通信：将数据通过网络从一台设备传输到另一台设备
  • Java.net包下提供了一系列的类或接口，供程序员使用，完成网络通信

• 网络：

  • 概念：两台或多台设备通过一定物理设备连接起来构成了网络
  • 根据网络的覆盖范围不同，对网络进行分类：
    • 局域网
    • 城域网
    • 广域网

• ip地址：

  • 概念：用于唯一标识网络中的每台计算机/主机

  • 查看ip地址：ipconfig

  • ip表示：

    • 点分十进制

    • 对于IPv4用4个字节（32位）表示

    0~255	0~255	0~255	0~255

  • ip地址的组成=网络地址+主机地址，比如：192.168.1.1

  • IPv6是互联网工程任务组设计的用于替代IPv4的下一代IP协议

  • IPv4地址分类：

    • A类：0.0.0.0到127.255.255.255
    • B类：128.0.0.0到191.255.255.255
    • C类：192.0.0.0到223.255.255.255
    • D类：224.0.0.0到239.255.255.255
    • E类：240.0.0.0到247.255.255.255

域名和端口

域名

• 例如：www.baidu.com
• 好处：为了方便记忆，解决记IP地址困难的问题
• 概念：将IP地址映射成域名，HTTP协议

端口号

• 概念：用于标识计算机上某个特定的网络程序
• 表示形式：以整数形式，范围0~65535
• 0~1024已经被占用，比如ssh 22，ftp 21，smtp 25，http 80
• 常见的网络程序端口号：
  • tomcat 8080
  • mysql 3306
  • oracle 1521
  • sqlserver：1433

网络协议

• 协议是网络编程中数据的组织形式

• OSI模型（理论）	TCP/IP模型	TCP/IP模型各层对应协议
  应用层	应用层	HTTP、ftp、telnet、DNS……
  表示层
  会话层
  传输层	传输层（TCP）	TCP、UDP……
  网络层	网络层（IP）	IP、ICMP、ARP……
  数据链路层	物理+数据链路层	Link
  物理层

TCP和UDP

• TCP传输控制协议
  • TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的简写。
  • 中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的
  • 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，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
  • 每个数据包的大小限制在64K以内，不适合传输大量数据
  • 因无需连接，所以是不可靠的
  • 发送数据结束时无需释放资源（因为不是面向连接的），速度快

InetAddress类

相关方法

• 获取本机InetAddress对象getLocalHost
• 根据指定主机名、域名获取ip地址对象getByName
• 获取InetAddress对象的主机名getHostName
• 获取InetAddress对象的地址getHostAddress

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class API {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        // 获取本机的InetAddress对象
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost);

        // 根据指定主机名获取InetAddress对象
        InetAddress host1 = InetAddress.getByName("DESKTOP-CQHA3I8");
        System.out.println("host1 = " + localHost);

        // 根据域名返回InetAddress对象
        InetAddress  host2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println("host2 = " + host2);

        // 通过InetAddress对象，获取对应的地址
        String host2Address = host2.getHostAddress();
        System.out.println("host2地址：" + host2Address);

        // 通过InetAddress对象，获得主机名或域名
        String host2Name = host2.getHostName();
        System.out.println("host2主机名/域名：" + host2Name);
    }
}

Socket

• 基本介绍：
  • 套接字（Socket）开发网络应用程序被广泛采用，以至于成为事实上的标准
  • 通信的两端都要由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
  • 当我们需要通讯时（读写数据）
    • socket.getOutputStream()
    • socket.getInputStream()
  • Socket有TCP编程和UDP编程

TCP网络通信编程

• 基本介绍

  • 基于客户端—服务端的网络通信
  • 底层使用的时TCP/IP协议
  • 应用场景举例：客户端发送数据，服务端接受并显示
  • 基于Socket的TCP编程

• 案例：

  // 服务端
  import java.io.IOException;
  import java.io.InputStream;
  import java.net.ServerSocket;
  import java.net.Socket;
  
  public class SocketServer {
      public static void main(String[] args) throws IOException {
          // 在9999接口监听，等待连接
          ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
          System.out.println("等待连接……");
          // 当没有客户端连接时，程序阻塞，等待连接
          Socket socket = serverSocket.accept();
          System.out.println("服务端 socket = " + socket.getClass());
          // 读取客户端写入数据通道的数据
          InputStream inputStream = socket.getInputStream();
          byte[] buf = new byte[1024];
          int readLen = 0;
          while ((readLen = inputStream.read(buf)) != -1) {
              System.out.println(new String(buf, 0, readLen));
          }
          // 关闭流和socket
          inputStream.close();
          socket.close();
      }
  }
  

  // 客户端
  import java.io.IOException;
  import java.io.OutputStream;
  import java.net.InetAddress;
  import java.net.Socket;
  import java.nio.charset.StandardCharsets;
  
  public class SocketTCPClient {
      public static void main(String[] args) throws IOException {
          // 连接服务器，如果连接成功，返回Socket对象
          Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(),9999);
          System.out.println("客户端 socket = " + socket.getClass());
          // 连接上后，生成Socket,通过socket.getOutputStream()得到和Socket对象关联的输出流对象
          OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
  
          outputStream.write("hello server".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
          socket.shutdownOutput();
          // 关闭流和Socket对象，必须关闭
          outputStream.close();
          socket.close();
          System.out.println("Socket关闭");
      }
  }
  

• 应该设置一个结束标记，说明结束发送数据。socket.shutdownOutput()

• 案例，网络上传文件

  // 服务端
  import java.io.*;
  import java.net.ServerSocket;
  import java.net.Socket;
  
  public class TCPFileCopyServer {
      public static void main(String[] args) throws IOException {
          // 1.服务端在本机8888端口监听
          ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
          System.out.println("服务端在8888");
          // 2.等待连接
          Socket socket = serverSocket.accept();
          // 3.读取客户端发送的数据
          //   通过socket得到输入流
          BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
          ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();// 创建输出流对象
          byte[] b = new byte[1024];// 字节数组
          int len;
          while ((len = bufferedInputStream.read(b)) != -1) {// 循环读取
              bos.write(b, 0, len);// 把读取到的数据写入bos
          }
          byte[] array = bos.toByteArray();// 然后将bos 转成字节数组
          bos.close();
          BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\46429\\Pictures\\qie233.GIF"));
          bufferedOutputStream.write(array);
          bufferedOutputStream.close();
          bufferedInputStream.close();
          
          socket.close();
          serverSocket.close();
      }
  }
  

  // 客户端
  import java.io.*;
  import java.net.InetAddress;
  import java.net.Socket;
  
  public class TCPFileCopyClient {
      public static void main(String[] args) throws IOException {
  
          // 客户端连接服务端，得到Socket对象
          Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);
          // 创建读取磁盘文件的输入流
          String filePath = "C:\\Users\\46429\\Pictures\\qie.GIF";
          BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filePath));
          ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();// 创建输出流对象
          byte[] b = new byte[1024];// 字节数组
          int len;
          while ((len = bufferedInputStream.read(b)) != -1) {// 循环读取
              bos.write(b, 0, len);// 把读取到的数据写入bos
          }
          byte[] array = bos.toByteArray();// 然后将bos 转成字节数组
          bos.close();
          BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
          bufferedOutputStream.write(array);
          bufferedInputStream.close();
          bufferedOutputStream.close();
          socket.shutdownOutput();
      }
  }
  

netstat指令

• netstat -an 可以查看当前主机网络情况，包括端口监听情况和网络连接情况

• netstat -an|more可以分页显示

• 要求在dos控制台下执行win + r

• netstat.png

• 说明：

  • Listening表示某个端口在监听
  • 如果有一个外部程序（客户端）连接到该端口，就会显示一条连接信息
  • 可以输入ctrl+c退出指令

• netstat -anb 查看使用端口的程序，需要使用管理员权限

TCP注意点

• 客户端连接到服务器端后，实际上客户端也是通过一个端口和服务端进行通讯的，这个端口时TCP/IP来分配的，是随机的。

UDP网络编程

基本介绍

• 类DatagramSocket和DatagramPacket（数据包/数据报）实现了基于UDP协议网络程序
• UDP数据报通过数据报（数据包）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达目的地，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受端的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，因此无需建立发送方和接收方的连接

UDP网络编程基础流程

• 核心的两个类/对象DatagramSocket与DatagramPacket
• 建立发送端，接收端
• 建立数据包
• 调用DatagramSocket的发送、接受方法
• 关闭DatagramSocket

UDP说明

• 没有明确的服务端和客户端，演变成数据的发送端和接收端
• 接收数据和发送数据是通过DatagramSocket对象完成
• 将数据封装到DatagramPacket对象/装包
• 当接受到DatagramPacket对象，需要进行拆包，取出数据
• DatagramSocket可以指定在哪个端口接收数据

应用案例

• 编写一个接收端A，和一个发送端B
• 接收端A在9999端口等待接受数据（receive）
• 发送端B向接收端A发送数据“hello，明天吃火锅”
• 接收端A接收到发送端B发送的数据，回复“好的，明天见”再退出
• 发送端接收回复的数据，再退出

// 接收端A
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class UDPReceiverA {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个DatagramSocket对象，准备接受数据
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
        byte[] buf = new byte[1024];// 一个数据包最大64k
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        // 调用接收方法
        System.out.println("接收端A接受数据。。。");
        socket.receive(packet);

        int length = packet.getLength();
        byte[] data = packet.getData();
        String s = new String(data, 0, length);
        System.out.println(s);

        byte[] response = "彳亍".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        DatagramPacket rPacket = new DatagramPacket(response, response.length, InetAddress.getByName("172.25.225.69"), 9998);
        socket.send(rPacket);
        // 关闭资源
        socket.close();
        System.out.println("A端退出");
    }
}

// 发送端B
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class UDPSenderB {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);
        // 将发送的数据封装到packet对象
        byte[] data = "明天吃火锅！！！".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("172.25.225.69"), 9999);
        socket.send(packet);

        byte[] response = new byte[1024];
        DatagramPacket rPacket = new DatagramPacket(response,response.length);
        System.out.println("接收A端数据。。。");
        socket.receive(rPacket);
        byte[] bRe = rPacket.getData();
        String re = new String(bRe, 0,rPacket.getLength());
        System.out.println(re);
        System.out.println("ok");

        socket.close();
        System.out.println("B端退出");
    }
}

个人总结

• 很重要，很实用
• 细节和难理解的地方较多，如果不明白一定要回头看视频
• https://www.bilibili.com/video/BV1fh411y7R8?p=684