Java学习（十八）--网络编程

介绍

需求

•     如何准确地定位网络上一台或多台主机；
•     定位主机上的特定的应用
•     找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

目的

•     直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯；

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网络通信

网络：两台或多台设备通过一定物理设备连接起来构成网络；

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包提供一系列的类或接口，供程序员完成网络通信；

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IP地址：InetAddress

IP地址：用于唯一标识网络中每台计算机/主机（通信实体）

查看IP地址命令：    ipconfig

表达形式：

•     点分十进制：xx.xx.xx.xx
•     每个十进制的范围：0-255

组成：

•     = 网络地址 + 主机地址

本机地址/本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1

主机名(hostName)：localhost

IP地址分类1

•     IPV4 ：存在网络资源有限问题；

•     IPV6

IP地址分类2

•     公网地址(万维网使用)
•     私有地址（区域网使用）：        192.168.开头的就是私有址址；        范围：192.168.0.0--192.168.255.255；        专门为组织机构内部使用。

域名：

域名：将ip地址映射成域名。（依据HTTP协议）；例如www.baidu.com；

端口号

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

查看端口号

•     Windows+R键 -->“运行”窗口 --> CMD -->命令提示窗口  -->netstat -na -->回车 --> 整个电脑的详细的端口信息
•     协议 -- 本地地址 -- 外部地址（客户端地址） -- 状态
•     TCP对应所需要的端口号
•         LISTENING
•             代表当前正处于监听状态
•         ESTABLISHED
•             代表已建立连接，正处于通信状态
•         IME_WAIT
•             代表已结束访问
•         CLOSE_WAIT
•             代表等待从本地用户发来的连接中断请求
•     netstat -na |more
•         分页显示
•     netstat -nab |more
•         显示程序

表达形式

•     以整数形式，端口范围0~65535
•     2个字节

分类

•     公认端口；        0—1023；        被预先定义的服务通信占用；        例如：HTTP占80，FTP占21，Telnet占23，ssh占22；
•     注册端口：        1024—49151；        分配给用户进程或应用程序；        例如：Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等；
•     动态/私有地址：        49152-65535。

网络协议

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；

分层思想

•     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
•     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
•     各层互不影响，利于系统的开发和扩展

Socket套间字

特点

•     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，即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。

    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;

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InetAddress类

InetAddress类：用于管理Ip的类，没有构造器，为单例模式，根据静态的方法来返回该对象，具两个子类：Inet4Address、Inet6Address。

常用方法

public String getHostAddress()

•     获取主机的IP地址字符串（以文本表现形式）

public String getHostName()

•     获取主机的主机名

public boolean isReachable(int timeout)

•     测试是否可以达到该地址

public static InetAddress getLocalHost()

•     获取本地主机的 InetAddress 对象

public static InetAddress getByName(String host)

•     host：一个字符串形式的域名 或者IP地址

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

//InetAddress 类的使用
public class API_ {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {

        //1. 获取本机的InetAddress 对象
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost);//LHY/172.16.91.246

        //2. 根据指定主机名 获取 InetAddress对象
        InetAddress host1 = InetAddress.getByName("LHY");
        System.out.println("host1=" + host1);//LHY/172.16.91.246
        
        //3. 根据域名返回 InetAddress对象, 比如 www.baidu.com 对应
        InetAddress host2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println("host2=" + host2);//www.baidu.com / 110.242.68.4

        //4. 通过 InetAddress 对象，获取对应的地址
        String hostAddress = host2.getHostAddress();//IP 110.242.68.4
        System.out.println("host2 对应的ip = " + hostAddress);//110.242.68.4

        //5. 通过 InetAddress 对象，获取对应的主机名/或者的域名
        String hostName = host2.getHostName();
        System.out.println("host2对应的主机名/域名=" + hostName); // www.baidu.com

    }
}

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TCP编程

基于客户端—服务端的网络通信：

•     客户端：        自定义或浏览器
•     服务端：        自定义或Tomcat服务器

底层使用TCP/IP协议；

基于Socket的TCP编程；

场景：

•     客户端发送数据，服务端接受并显示控制台；

    

说明：

当客户端连接到服务端后，实际上客户端也通过一个端口和服务端进行通信，这个端口是TCP/IP来分配的，是不确定，是随机的；

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字节流

需求1：使用字节流
编写一个服务端和一个客户端；
服务端在9999端口监听；
客户端连接到服务端，发送“hello，server”，然后退出；
服务器端接收到 客户端发送的信息，输出，并退出

1. 服务端代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class SocketTCP01Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //思路
        //1. 在本机 的9999端口监听, 等待连接
        //   细节: 要求在本机没有其它服务在监听9999
        //   细节：这个 ServerSocket 可以通过 accept() 返回多个Socket[多个客户端连接服务器的并发]
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        System.out.println("服务端，在9999端口监听，等待连接..");

        //2. 当没有客户端连接9999端口时，程序会 阻塞, 等待连接
        //   如果有客户端连接，则会返回Socket对象，程序继续

        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("服务端 socket =" + socket.getClass());

        //
        //3. 通过socket.getInputStream() 读取客户端写入到数据通道的数据, 显示
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

        //4. IO读取
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while ((readLen = inputStream.read(buf)) != -1) {
         System.out.println(new String(buf, 0, readLen));//根据读取到的实际长度，显示内容.
        }

        //5.关闭流和socket
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();//关闭
    }
}

2.客户端程序

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

public class SocketTCP01Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //思路
        //1. 连接服务端 (ip , 端口）
        //解读: 连接本机的 9999端口, 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返回=" + socket.getClass());

        //2. 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();

        //3. 通过输出流，写入数据到 数据通道

        outputStream.write("hello, server".getBytes());

        //4. 关闭流对象和socket, 必须关闭
        outputStream.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出.....");
    }
}

//需求：
//1、编写一个服务端和一个客户端
//2、服务端在9999端口监听
//3、客户端连接到服务端，发送“hello，server”，并接收服务端回发的“hello,client”，再退出
//4、服务端接收到客户端发送的消息，输出并退出


1、服务端代码：
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

//服务端在9999端口监听,并发送给客户端“hello,client”。
@SuppressWarnings({"all"})
public class SocketTCP01Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      //思路
      //1. 在本机 的9999端口监听, 等待连接
      //细节: 要求在本机没有其它服务在监听9999
      //细节：这个 ServerSocket 可以通过 accept() 返回多个Socket[多个客户端连接服务器的并发]
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        System.out.println("服务端，在9999端口监听，等待连接..");

        //2. 当没有客户端连接9999端口时，程序会 阻塞, 等待连接
        //   如果有客户端连接，则会返回Socket对象，程序继续

        Socket socket = serverSocket.accept();

        System.out.println("服务端 socket =" + socket.getClass());

        //
        //3. 通过socket.getInputStream() 读取客户端写入到数据通道的数据, 显示
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

        //4. IO读取
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while ((readLen = inputStream.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLen));//根据读取到的实际长度，显示内容.
        }

        //5. 获取socket相关联的输出流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("hello, client".getBytes());

        //   设置结束标记
        socket.shutdownOutput();

        //6.关闭流和socket
        outputStream.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();//关闭
    }
}


2.客户端代码：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

// 客户端，发送 "hello, server" 给服务端，并接收服务端回发的“hello,client”，再退出
@SuppressWarnings({"all"})
public class SocketTCP02Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //思路
        //1. 连接服务端 (ip , 端口）
        //解读: 连接本机的 9999端口, 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返回=" + socket.getClass());

        //2. 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();

        //3. 通过输出流，写入数据到 数据通道

        outputStream.write("hello, server".getBytes());

        //   设置结束标记
        socket.shutdownOutput();

        //4. 获取和socket关联的输入流. 读取数据(字节)，并显示
        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));
        }


        //5. 关闭流对象和socket, 必须关闭
        inputStream.close();
        outputStream.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出.....");
    }
}

字符流

需求：
编写一个服务端、一个客户端；
服务端在9999端口监听；
客户端连接到服务端，发送“hello,server”，并接收服务端回发“hello，client”，再退出；
服务端接口到客户端发送的信息、输出，并发送“hello，client”，在退出


import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

// 服务端, 使用字符流方式读写
@SuppressWarnings({"all"})
public class SocketTCP03Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //思路
        //1. 在本机 的9999端口监听, 等待连接
        //   细节: 要求在本机没有其它服务在监听9999
        //   细节：这个 ServerSocket 可以通过 accept() 返回多个Socket[多个客户端连接服务器的并发]
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        System.out.println("服务端，在9999端口监听，等待连接..");
        //2. 当没有客户端连接9999端口时，程序会 阻塞, 等待连接
        //   如果有客户端连接，则会返回Socket对象，程序继续

        Socket socket = serverSocket.accept();

        System.out.println("服务端 socket =" + socket.getClass());
        
        //3. 通过socket.getInputStream() 读取客户端写入到数据通道的数据, 显示
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

 //4. IO读取, 使用字符流, 老师使用 InputStreamReader 将 inputStream 转成字符流
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        String s = bufferedReader.readLine();
        System.out.println(s);//输出

        //5. 获取socket相关联的输出流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
       //    使用字符输出流的方式回复信息

        BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        bufferedWriter.write("hello client 字符流");
        bufferedWriter.newLine();// 插入一个换行符，表示回复内容的结束
        bufferedWriter.flush();//注意需要手动的flush


        //6.关闭流和socket
        bufferedWriter.close();
        bufferedReader.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();//关闭

    }
}


2、客户端
import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

@SuppressWarnings({"all"})
public class SocketTCP03Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //思路
        //1. 连接服务端 (ip , 端口）
        //解读: 连接本机的 9999端口, 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返回=" + socket.getClass());

        //2. 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();

        //3. 通过输出流，写入数据到 数据通道, 使用字符流
        BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        bufferedWriter.write("hello, server 字符流");
        bufferedWriter.newLine();//插入一个换行符，表示写入的内容结束, 注意，要求对方使用readLine()!!!!
        bufferedWriter.flush();// 如果使用的字符流，需要手动刷新，否则数据不会写入数据通道

        //4. 获取和socket关联的输入流. 读取数据(字符)，并显示
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        String s = bufferedReader.readLine();
        System.out.println(s);

        //5. 关闭流对象和socket, 必须关闭
        bufferedReader.close();//关闭外层流
        bufferedWriter.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出.....");
    }
}

二进制文件

/*需求：
服务端在8888端口监听；
客户端连接到服务端，发送给服务端一张图片；
服务端接收到图片，并保存到src下，发送“收到图片”再退出；
客户端接收到服务端发送的“收到图片”，再退出；
使用工具类StringUtils。
*/

import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

// 文件上传的客户端
public class TCPFileUploadClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //客户端连接服务端 8888，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 = "e:\\qie.png";
        String filePath = "e:\\abc.mp4";
        BufferedInputStream bis  = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filePath));

        //bytes 就是filePath对应的字节数组
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);

        //通过socket获取到输出流, 将bytes数据发送给服务端
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        bos.write(bytes);//将文件对应的字节数组的内容，写入到数据通道
        bis.close();
        socket.shutdownOutput();//设置写入数据的结束标记

        //=====接收从服务端回复的消息=====

        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //使用StreamUtils 的方法，直接将 inputStream 读取到的内容 转成字符串
        String s = StreamUtils.streamToString(inputStream);
        System.out.println(s);


        //关闭相关的流
        inputStream.close();
        bos.close();
        socket.close();
    }
}


import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;


//文件上传的服务端
public class TCPFileUploadServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //1. 服务端在本机监听8888端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        System.out.println("服务端在8888端口监听....");
        //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 bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        //4. 将得到 bytes 数组，写入到指定的路径，就得到一个文件了
        String destFilePath = "src\\abc.mp4";
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(destFilePath));
        bos.write(bytes);
        bos.close();

        // 向客户端回复 "收到图片"
        // 通过socket 获取到输出流(字符)
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
        writer.write("收到图片");
        writer.flush();//把内容刷新到数据通道
        socket.shutdownOutput();//设置写入结束标记

        //关闭其他资源
        writer.close();
        bis.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}


 /**
 * 此工具类用于演示关于流的读写方法
 *
 */
public class StreamUtils {
	/**
	 * 功能：将输入流转换成byte[]
	 * @param is
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] streamToByteArray(InputStream is) throws Exception{
		ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();//创建输出流对象
		byte[] b = new byte[1024];
		int len;
		while((len=is.read(b))!=-1){
			bos.write(b, 0, len);	
		}
		byte[] array = bos.toByteArray();
		bos.close();
		return array;
	}
	/**
	 * 功能：将InputStream转换成String
	 * @param is
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	
	public static String streamToString(InputStream is) throws Exception{
		BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
		StringBuilder builder= new StringBuilder();
		String line;
		while((line=reader.readLine())!=null){ //当读取到 null时，就表示结束
			builder.append(line+"\r\n");
		}
		return builder.toString();		
	}
}

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UDP编程

基本介绍

•     实现类：        DatagramSocket 和 DatagramPacket[数据包/数据报]
•     UDP数据包通过数据报套接字 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完整的地址信息，因此无需建立发送方和接收方的连接；

流程

•     1.核心的两个类/对象 DatagramSocket与DatagramPacket
•     2.建立发送端，接收端： 发送端与接收端是两个独立的运行程序
•     3.发送数据前，建立数据包/报 DatagramPacket对象
•     4.调用DatagramSocket的发送、接收方法
•     5.关闭DatagramSocket

实现代码：
（1）接收端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPReceiverA {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建一个 DatagramSocket 对象，准备在9999接收数据
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);

        //2. 构建一个 DatagramPacket 对象，准备接收数据
        // 讲解UDP 协议中，一个数据包最大 64k；
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

        //3. 调用 接收方法, 将通过网络传输的 DatagramPacket 对象填充到 packet对象
        //提示: 当有数据包发送到 本机的9999端口时，就会接收到数据；
        //   如果没有数据包发送到 本机的9999端口, 就会阻塞等待.
        System.out.println("接收端A 等待接收数据..");
        socket.receive(packet);

        //4. 可以把packet 进行拆包，取出数据，并显示.
        int length = packet.getLength();//实际接收到的数据字节长度
        byte[] data = packet.getData();//接收到数据
        String s = new String(data, 0, length);
        System.out.println(s);

        //===回复信息给B端
        //将需要发送的数据，封装到 DatagramPacket对象
        data = "好的, 明天见".getBytes();
        //说明: 封装的 DatagramPacket对象 data 内容字节数组 , data.length , 主机(IP) , 端口
        packet =new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.12.1"), 9998);
        socket.send(packet);//发送

        //5. 关闭资源
        socket.close();
        System.out.println("A端退出...");
    }
}

（2）发送端

import java.io.IOException;
import java.net.*;

//发送端B ====> 也可以接收数据
@SuppressWarnings({"all"})
public class UDPSenderB {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //1.创建 DatagramSocket 对象，准备在9998端口 接收数据
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);

        //2. 将需要发送的数据，封装到 DatagramPacket对象
        byte[] data = "hello 明天吃火锅~".getBytes(); //

        //说明: 封装的 DatagramPacket对象 data 内容字节数组 , data.length , 主机(IP) , 端口
        DatagramPacket packet =
                new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.12.1"), 9999);

        socket.send(packet);

        //3.=== 接收从A端回复的信息
        //(1)   构建一个 DatagramPacket 对象，准备接收数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        //(2)    调用 接收方法, 将通过网络传输的 DatagramPacket 对象填充到 packet对象
        //提示: 当有数据包发送到 本机的9998端口时，就会接收到数据
        //   如果没有数据包发送到 本机的9998端口, 就会阻塞等待.
        socket.receive(packet);

        //(3)  可以把packet 进行拆包，取出数据，并显示.
        int length = packet.getLength();//实际接收到的数据字节长度
        data = packet.getData();//接收到数据
        String s = new String(data, 0, length);
        System.out.println(s);

        //关闭资源
        socket.close();
        System.out.println("B端退出");
    }
}

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URL编程

概述

•     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：        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

基本结构

•     <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....

*  http://localhost:8080/examples/beauty.jpg?username=Tom
*  协议   主机名    端口号  资源地址           参数列表

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。