JAVASE进阶:网络编程(编程实现TCP、UDP传输)

‍作者简介:一位大四、研0学生,正在努力准备大四暑假的实习
上期文章:JAVASE进阶:高级写法——方法引用(Mybatis-Plus必学前置知识)
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希望文章对你们有所帮助

其实我认为javase中的File流、I/O流(字节流、字符流)等都是很重要的,但是内容很多就没有具体去做总结了,不过这里总结的网络编程中也会用到I/O流中的不少思想,大家可以边学习网络编程边了解I/O流编程,对于I/O流大家需要自行去系统学习或回顾。

网络编程(编程实现TCP、UDP传输)

  • 网络编程介绍
  • 网络编程三要素
    • 三要素——IP
      • ipv4的一些细节
      • InetAddress类的使用
    • 三要素——端口号
    • 三要素——协议
  • UDP协议编程
    • 发送数据
    • 接收数据
  • TCP协议编程
    • 发送数据
    • 接收数据
  • 三次握手和四次挥手

网络编程介绍

网络编程就是在网络通信协议下,不同计算机上运行的程序,进行的数据传输。java中可以使用java.net包下的技术轻松开发出常见的网络应用程序。

常见的软件架构有两种,即B/S架构(浏览器/服务器)和C/S架构(客户端/服务器)。
B/S架构无需开发客户端,只需要页面+服务端,用户不需要下载,打开浏览器就能使用,但若应用过大, 用户体验就会受到影响。
C/S架构的画面可以做的更精美,用户体验更好,但需要开发客户端,也需要开发服务端,且用户时不时的要更新。

网络编程三要素

IP:设备在网络中的地址,是唯一的标识
端口号:应用程序在设备中唯一的标识
协议:数据在网络中传输的规则,常见协议有UDP、TCP、http、https、ftp

三要素——IP

IP全称Internet Protocol,是互联网协议地址,也称IP地址,是分配给上网设备的数字标签,常见的IP分为ipv4和ipv6。

1、ipv4:采用32位地址长度,分为4组,采用点分十进制表示法,最多只有2^32,目前已经分配完毕

2、ipv6:采用128位地址长度,分为8组,采用冒分十六进制表示法,如果计算出的十六进制表示形式中间有多个连续的0,就可以接着采用0位压缩表示法(有一些计网的基础,看名字都挺容易理解的,如果有点模糊可以自行去查阅),最多有2^128个IP,可以为地球上的每一粒沙子分配IP。

ipv4的一些细节

实际上ipv6还没有普及,而ipv4明明已经分配完,但是我们还是主要使用了ipv4。

ipv4的地址可以分为公网地址(万维网用)和私有地址(局域网用),192.168.0.0-192.168.255.255是私有地址的范围。

localhost:127.0.0.1,是回送地址或本地回环地址,只会寻找当地所在本机。

考虑一个问题:若192.168.177.130是我电脑的IP,那么这个IP和127.0.0.1是否一致
答案:不一致,因为不同的局域网分配给我的IP是不一致的,所以平时写demo最好用127.0.0.1或localhost

常用cmd命令:

ipconfig:查看本地ip地址
ping:检查网络是否连通

InetAddress类的使用

InetAddress底层分别有针对ipv4网络和ipv6网络的,InetAddress本身没有构造方法,需要使用它的静态方法getByName去获取到对象,这个方法的底层就会判断我们的ip使用是ipv4还是ipv6的。
其基本使用代码如下:

//获取InetAddress对象,可以传递ip地址或主机名
InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.177.130");
//获取这个IP的主机名
String name = address.getHostName();
//获取IP值
String name = address.getHostAddress();

三要素——端口号

端口号是应用程序在设备中唯一的标识,是由2个字节表示的整数,取值范围:0-65535。
其中0-1023之间的端口号用于一些知名的网络服务或应用,我们自己使用1024以上的端口号就可以了,需要注意一个端口号只能被一个应用程序使用。

三要素——协议

计算机网络中,连接和通信的规则被称为网络通信协议。最初使用的OSI参考模型(物链网传会表应)太理想化,事实上的国际标准为TCP/IP参考模型(物理链路层、网络层、传输层、应用层),这些在学习计算机网络的时候都学习过。

每一层都会有一些相应的协议:

应用层:HTTP、FTP、TelNet、DNS
传输层:TCP、UDP
网络层:IP、ICMP、ARP
物理链路层:硬件设备二进制数

在这里我们将会学习TCP、UDP协议,并且进行演示。

UDP协议:

1、用户数据报协议
2、UDP是面向无连接的通信协议。
3、速度快,有大小限制,一次最多发送64K,数据不安全,易丢失数据

TCP协议:

1、传输控制协议
2、TCP是面向连接的通信协议
3、速度慢,但没有大小限制,数据安全

UDP协议编程

UDP协议的发送数据、接收数据都需要用到DatagramSocket类。

发送数据

发送的数据是字节数组形式,因此需要将字符串转化为字节数组,然后接收方把字节数组再转化回来。

public class SendMessageDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /**
         * 创建DatagramSocket对象,可以直接指定端口,那么以后就通过这个端口往外发送数据
         * 若是空参构造,将会在所有可用的端口中随机指定一个进行使用
         */
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        /**
         * 打包数据,ds的send方法需要DatagramPacket对象表示包装数据
         * DatagramPacket需要的参数:
         *      1、要发送的数据(byte数组形式)
         *      2、开始索引(非必要)
         *      3、长度
         *      4、要发送的地址
         *      5、端口号
         */
        //要发送的数据
        String str = "孩儿立志出乡关,学不成名誓不还";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        //要发送的地址
        InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        //指定发送到哪个端口,发送方端口可以不确定,但是发送到哪个端口要指定
        int port = 10086;
        //打包数据
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);

        /**
         * 发送数据
         */
        ds.send(packet);

        /**
         * 释放资源
         */
        ds.close();
    }
}

接收数据

public class ReceiveMessageDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /**
         * 创建DatagramSocket对象,端口号必须指定成是之前发送的10086端口
         */
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

        /**
         * 新建一个箱子用于接收数据,无需再指定地址和端口号,因为ds已经指定了
         */
        //空箱子
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);

        /**
         * 使用receive方法取出数据,该方法是阻塞的,如果没有消息发出,这个方法就一直等待
         */
        ds.receive(packet);


        /**
         * 解析数据
         */
        //发过来的数据是什么
        byte[] data = packet.getData();
        //发送过来的数据的长度如何
        int length = packet.getLength();
        //是从哪个地址以及端口号传输过来的数据
        InetAddress address = packet.getAddress();
        int port = packet.getPort();

        System.out.println(new String(data, 0, length));
        System.out.println("该数据是从" + address + "中的" + port + "这个端口发出的");

        /**
         * 释放资源
         */
        ds.close();
    }
}

TCP协议编程

TCP传输中,发送数据(客户端)需要定义Socket对象,而接受数据(服务器端)需要定义ServerSocket对象。

由于TCP传输需要使用I/O流相关函数,所以还需要注意好中文的乱码问题,当读取数据的时候不能再使用字节流来读取了,因为一个中文对应着两个字节,按字节流读取会发生乱码,应当使用字符流读取。

发送数据

根据I/O流的相关知识,要写数据,需要用到输出流OutputStream:

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /**
         * 创建Socket对象,创建对象的同时会连接服务器,若连接不上则会报错
         */
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);

        /**
         * 从连接通道中获取输出流,并可以写出数据
         */
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //写出数据
        outputStream.write("哈哈".getBytes());

        /**
         * 释放资源
         */
        outputStream.close();
        socket.close();
    }
}

接收数据

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /**
         * 创建ServerSocket对象
         */
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);

        /**
         * 监听客户端的连接,底层是阻塞式
         */
        Socket socket = serverSocket.accept();

        /**
         * 从连接通道中获取输入流来读取数据,拆分代码如下:
         *          InputStream inputStream = socket.getInputStream();
         *         //转换成字符流,因为一个汉字对应2个字节,用字节读取会乱码
         *         InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);
         *         //利用缓存流提高效率
         *         BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
         */
        //写在一行:
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

        int b;
        while((b = bufferedReader.read()) != -1){
            System.out.print((char) b);
        }

        /**
         * 释放资源,注意需要先释放socket,才能释放serverSocket(需要保证数据处理完毕)
         */
        socket.close();
        serverSocket.close();

    }
}

三次握手和四次挥手

三次握手需要保证连接的建立,流程如下:

1、客户端向服务器端发送连接请求,等待服务器确认
2、服务器端向客户端返回一个确认信息,告诉客户端收到了请求
3、客户端向服务器再次发送确认信息(确认了他的确认),连接建立

四次挥手的作用是确认连接断开,且数据处理完毕,流程如下:

1、客户端向服务器发出取消连接请求
2、服务器向客户端返回一个响应,表示收到客户端取消请求(不是确认请求!)
3、服务器将最后的数据处理完毕
4、服务器向客户端发出确认取消信息
5、客户端再次发送确认消息,连接取消

重点是挥手的2次确认信息发出之前,必须要让服务端把消息都处理完毕。

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