JAVAEE初阶相关内容第十五弹--网络編程
写在前
简单描述一下关于路由器的三层转发和交换机的二层转发。
路由器是三层转发-->在网络层转发。【需要解析出IP协议中的源IP、目的IP来规划路径】
交换机是二层转发-->在数据链路层转发。【只需要关注下一步发展到哪个相邻的设备上，不需要IP地址，在数据链路层。有一个mac地址。】
这一部分开始进行网络部分的内容，涉及到编程相关的知识，好好学习！！
本篇博客主要是对网络编程进行初步的了解，socket的理解，学习相关API、完成客户端、服务器的【回显服务器】代码编写，在同一台主机上完成通信。
目录
写在前
1.网络编程基础
1.1什么是网络编程
1.2常见的客户端服务端模型
2.Socket套接字
2.1概念
2.2分类
2.2.1流套接字-TCP
2.2.2数据报套接字-UDP
2.3Java数据报套接字通信模型
2.4UDP数据报套接字编程
2.4.1DatagramSocket API
2.4.2DatagramPacket API
2.4.3InetSocketAddress API
2.4.4服务器代码实现
核心思想：
代码实现：
加注释版本：
需要强调的内容：
2.4.5客户端代码实现
核心思想：
代码实现：
加注释版本：
理解服务器与客户端端口：
2.4.6服务器和客户端执行顺序：
2.4.7IDEA多个客户端设置操作
2.4.8客户端服务器执行结果
1.网络编程基础
1.1什么是网络编程
网络编程，指网络上的主机，通过不同的进程，【只要满足不同的进程就行，所以即便是同一个主机，只要是进程不同，基于网络来传输数据，也属于网络编程。】以编程的方式实现网络通信（或称为网络数据传输。）
1.2常见的客户端服务端模型
最常见的场景，客户端是指给用户使用的程序，服务端是指提供用户服务的程序。
（1）客户端先发送请求到服务端。
（2）服务端根据请求数据，执行相应的业务处理。
（3）服务端返回响应，发送业务处理结果。
（4）客户端根据响应数据，展示处理结果（战术获取的资源，或提示保存资源的处理结果）
2.Socket套接字
2.1概念
Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。
【socket 英文原意为：插座。socket是操作系统给应用程序提供的网络编程的API，可以认为socket API是和传输层密切相关的，传输层里提供了两个核心的协议：TCP和UDP。所以socket api提供了两种风格TCP和UDP 准确的讲有三种unix域套接字，几乎没人用】
2.2分类
一些解释：
可靠传输：网络环境是天然复杂的。不可能保证传输的百分百到达，可靠传输指的是发送方能知道自己的消息发过去了。
是否是可靠传输与是否有无连接没有关系：例如在一些聊天软件上的“已读”功能，是无连接的可靠传输。
全双工半双工：一个通信通道可双向传输（既可以发送也可以接收），就是全双工；一根水管只能单项传输，叫做半双工。TCP/UDP都是全双工是因为一根网线中有八根线
2.2.1流套接字-TCP
TCP,Transmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议。
特点：有连接，可靠传输，面对字节流，有接收缓冲区也有发送缓冲区，大小不限，全双工。
类似于打电话，打电话就是有连接的，需要连接建立才能通信。连接建立需要对方“接受”，如果连接没建立好，则不能进行通信。
对于字节流来说，可以简单地理解为，传输数据是基于IO流的，流式数据的特征就是在IO流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。
2.2.2数据报套接字-UDP
UDP，User Datagram Protocol（用户数据报协议），传输层协议。
特点：无连接，不可靠传输，面向数据报，有接受缓冲区无发送缓冲区，大小受限：一次最多传输64K，全双工。
类似于发微信，
对于数据报来说，可以简单理解为，传输数据是一块一块的，发送一块数据假如有100个字节，必须一次发送，接收的也必须是100个字节，而不能分100次，每次接收一个字节。
拓展：关于网速快慢
“木桶原理” 在网络通信的过程中有很多路由器、交换机。转发能力存在上限，转发的不止是一个用户的数据。某个设备达到转发能力的上限，就会卡顿丢包。
2.3Java数据报套接字通信模型
对于UDP协议来说，具有无连接，面向数据报的特征，即每次都是没有建立连接，并且一次会发送全部数据报。一次接收全部数据报。
Java中使用UDP协议通信，主要基于DatagramSocket类来创建数据报套接字，并使用DatagramPacket作为发送或接收的UDP数据报，对于一次发送及接收UDP数据报的流程如下：
以上只是一次发送端的UDP数据报发送，及接收端的数据报接收，并没有返回的数据，也就是只有请求，没有响应。对于一个服务器来说，重要的是提供多个客户端的请求及响应。
下面实现一个最简单的UDP版本的客户端服务器程序--回显服务器（echo serve）
2.4UDP数据报套接字编程
一个普通的服务器：收到请求，根据请求计算响应，返回响应。
echo serve:省略了其中的”根据请求计算响应“，请求是啥，就返回啥（这个代码没有实际的业务，也没有太大作用和意义，只是为了展示socket api 基本用法），但是对于一个服务器来说，一定”根据请求计算响应“这个环节是最重要的。
2.4.1DatagramSocket API
使用这个类表示一个socket对象。【在操作系统中，把socket对象也是当作一个文件来处理的，相当于是文件描述符表中的一项】普通文件对应硬盘设备；socket文件对应网卡。
1个socket对象就可以和另外一台主机进行通信，如果需要多个不同主机通信，则需要创建多个socket对象。
DatagramScocket是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。
socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。
数据报(Data gram),通过网络传输的数据的基本单元，包含一个报头（header）和数据本身，其中报头描述了数据的目的地以及和其它数据之间的关系。 完备的、独立的数据实体，该实体携带要从源计算机传递到目的计算机的信息，该信息不依赖以前在源计算机和目的计算机以及传输网络间交换。
| 方法签名 | 方法说明 |
| DatagramSocket() | 创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意一个随机端口（一般用于客户端） |
| DatagramSocket(int port) | 创建一个UDP数据报套接字的Socket,绑定到本机指定的端口（一般用于服务器） |
| 方法签名 | 方法说明 |
| void receive(DatagramPacket p) 此处传入的相当于是一个空对象，receive方法内部，会对参数的这个空对象进行内容填充，从而构造出结果数据，参数也是一个”输出型参数“ |
从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该方法会阻塞等待） |
| void send(Datagram Packet p) | 从此套接字发送数据报（不会阻塞等待，直接发送） |
| void close（） | 关闭此数据报套接字 |
2.4.2DatagramPacket API
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报，表示UDP中传输的一个报文。
| 方法签名 | 方法说明 |
| DatagramPacket(byte buf ,int length) 把buf这个缓冲区给设置进去了 |
构造一个DatagramPacket以用来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第一个参数buf）中，接收指定长度（第二个参数length） |
| DatagramPacket(byte[ ] buf,int offset,int length,SocketAddress address) Socket Address Ip端口号 |
构造一个DatagramSocketPacket以用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第一个参数buf）中，从0到指定长度（第二个参数length）。address指定目的主机的IP和端口号。 |
| 方法签名 | 方法说明 |
| InetAddress getAddress() | 从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址；或从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址。 |
| int getPort() | 从接收端的数据报中，获取发送端主机的端口号；或从发送的数据报中，获取接收端主机端口号。 |
| byte[ ] getData() | 获取数据报中的数据 |
构造UDP发送的数据时，需要传入socketAddress，该对象可以使用InetSocketAddress来创建。
2.4.3InetSocketAddress API
| 方法签名 | 方法说明 |
| InetSocketAddress(InetAddress addr,int port) | 创建一个Socket地址，包含IP地址和端口号。 |
2.4.4服务器代码实现
核心思想：
（1）读取请求并解析
（2）根据请求计算响应
（3）构造响应并写回给客户端
数据到达网卡，经过内核的层层分用，最终到达UDP传输层协议。
调用receive相当于执行到内核中的相关udp代码，就会把这个udp数据报里面载荷部分取出来，拷贝到用户提供的byte[ ]数组中。
代码实现：
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
//UDP版本的回显服务器
public class UdpEcSe {
private DatagramSocket socket = null;
public UdpEcSe(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务器启动！");
while (true){
//1.读取客户端发来的请求是啥
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(requestPacket);//通过receive方法来读取请求,receive内部会针对参数对象填充数据。填充的数据来自于网卡
String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());
//2.根据请求计算响应，此处是一个回显服务器，所以请求和响应是相同的
String response = process(request);
//3.将响应写回客户端,需要用到send方法
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(requestPacket);
//4.打印一下，当前这次请求响应的处理中间结果
System.out.printf("[%s:%d] req: %s;resp:%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),
requestPacket.getPort(),request,response);
}
}
public String process(String request){
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEcSe server = new UdpEcSe(9090);
server.start();
}
}加注释版本：
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Description:
* User: 苏西西
* Date: 2023-10-18
* Time: 14:59
*/
//UDP版本的回显服务器
public class UdpEcSe {
//首先需要创建一个成员
//网络编程首先是要操作网卡，网卡不方便直接操作
// 在操作系统内核中使用了一种特殊的叫做“socket”这样的文件来抽象表示网卡
//因此进行网络通信需要先有一个对象
private DatagramSocket socket = null;
//构造方法将对象实例化
//对于服务器来说，创建的同时还需要关联上一个端口号
//服务器是网络传输中被动的一方，如果是操作系统随机分配的端口，
public UdpEcSe(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务器启动！");
//服务器不是只给一个客户端提供服务，需要去服务很多客户端
while (true){
//只要有客户端过来就可以提供服务
//1.读取客户端发来的请求是啥
//对于UDP来说，传输数据的基本单位是DatagramPacket
//receive方法的参数是一个输出型参数，需要先构造好一个空白的DatagramPacket对象交给receive 来进行填充
//DatagramPacket相当于是在点餐的时候给顾客一个空白的纸条，客户写完之后商家再根据纸条的需求来做食物
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(requestPacket);//通过receive方法来读取请求,receive内部会针对参数对象填充数据。填充的数据来自于网卡
//此时这个DatagramPacket 是一个特殊的对象，并不方便直接进行处理
//可以将这里包含的数据拿出来构造一个字符串
//字节数组作为存储数据的缓冲区，此处给的最大的长度是4096，但是这里的空间不一定会被用满，可能只使用小部分
//因此构造字符串，哪些用了构造那部分，就可以通过getLength获取到实际的数据报的长度
//只把这个实际有效部分给构造成字符串即可
String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());
//2.根据请求计算响应，此处是一个回显服务器，所以请求和响应是相同的
String response = process(request);
//3.将响应写回客户端,需要用到send方法
// send的参数也是一个DatagramPacket，需要将这个对象构造好
//这里也需要通过字节数组进行构造，不同的是读请求是需要构造一个空的字节数组
//读响应的字节数组就不能是空的了，得带有respose里面的内容--响应内容
//需要注意的是response.getBytes().length是计算字节的个数，这里不能写作response.length() 【字符的个数】
//DatagramPacket只认字节不认字符。
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(requestPacket);
//4.打印一下，当前这次请求响应的处理中间结果
System.out.printf("[%s:%d] req: %s;resp:%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),
requestPacket.getPort(),request,response);
}
}
//根据请求计算响应
//如果不是回显服务器，则可以在process中灵活的进行处理！！
public String process(String request){
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
//端口号指定，可以在1024->65535范围内随便挑一个数字！
UdpEcSe server = new UdpEcSe(9090);
server.start();
}
}
需要强调的内容：
2.4.5客户端代码实现
核心思想：
（1）从控制台读取一个要发送的数据
（2）把这个数据构造成一个UDP的请求并发送
（3）读取服务器的 UDP 响应，并解析
（4）把解析好的结果显示出来
代码实现：
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
//UDP版本的回显客户端
public class UdpEcCl {
private DatagramSocket socket = null;
private String serverIp = null;
private int serverPort = 0;
public UdpEcCl(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket();
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("客户端启动！");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true){
//1.从控制台读取一个要发送的数据
System.out.print(">");
String request = scanner.next();
if(request.equals("exit")){
System.out.println("bye");
break;
}
//2.把这个数据构造成一个UDP的请求并发送
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
socket.send(requestPacket);
//3.读取服务器的 UDP 响应，并解析
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);
//4.把解析好的结果显示出来
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEcCl clinet = new UdpEcCl("127.0.0.1",9090);
clinet.start();
}
}
加注释版本：
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
//UDP版本的回显客户端
public class UdpEcCl {
//1.首先需要创建出来一个socket对象
//网络编程需要操控网卡，就需要创建一个socket对象进行远程操控
private DatagramSocket socket = null;
//需要将ip和端口存一下
private String serverIp = null;
private int serverPort = 0;
//写一个构造方法
//指定服务器的ip和服务器的端口；一次通信需要有俩ip，俩端口
//客户端的ip是127.0.0.1；端口是系统自动分配的
//服务器的ip和端口也需要告诉客户端，才能顺利将消息发给服务器
public UdpEcCl(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket();
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("客户端启动！");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true){
//1.从控制台读取一个要发送的数据
System.out.print(">");
//客户端发送的请求
String request = scanner.next();
//对客户端输入的内容进行进行简单的翻译
if(request.equals("exit")){
System.out.println("bye");
break;
}
//2.把这个数据构造成一个UDP的请求并发送
//构造这个packet的时候，需要把serverIp和port都传入过来
// 但是由于此处的ip地址需要填写的是32位的整数形式
//上述的IP地址是一个字符串，需要使用 InetAddress.getByName()来进行转换
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
socket.send(requestPacket);
//3.读取服务器的 UDP 响应，并解析
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);
//4.把解析好的结果显示出来
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEcCl clinet = new UdpEcCl("127.0.0.1",9090);
clinet.start();
}
}
理解服务器与客户端端口：
对于服务器来说，端口必须是确定好的，对于客户端来说，端口是可以系统分配的。
来食堂买饭，商家给顾客的小票就相当于是端口号（小票上的编号究竟是多少，也是想当于是随机的，控制不了。就想在客户端这里手动指定端口是可行的，但是并不推荐这样。有可能指定的这个号码会被别人用了。）
客户端如果显示指定端口，就有可能和客户端电脑上的其他程序的端口就冲突了，这一冲突就可能会导致程序没有办法正常通信了。
那么为什么服务器这边指定的端口不怕重复呢？
服务器是程序员自己手里的机器，上面运行什么都是程序员可控的，程序员就可以安排哪个程序使用哪个端口，客户端的机器是在用户的手里，上面运行的程序也是不同的，是不可控的。
2.4.6服务器和客户端执行顺序：
一定是服务器先运行。服务器是被动的一方（类比于我们要去餐馆吃饭，一定是饭店先开门，才能去吃饭。）
第一步，服务器执行到receive进行阻塞。
第二步，客户端执行，客户端读取用户输入的内容。
第三步，客户端发送请求。
第四步，客户端等待响应。服务器收到请求，进行返回。【可以认为这两部分相同的时间执行的】
第五步，服务器根据请求计算响应。process
第六步，服务器执行send，返回响应。
第七步，客户端receive，从阻塞中返回，读到响应
对于客户端服务器程序来说，一个客户端要给很多个服务器提供服务，也就需要构造出多个客户端来进行测试。
2.4.7IDEA多个客户端设置操作
2.4.8客户端服务器执行结果
