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网络编程

1. 网络编程入门

1.1 软件结构

C/S 结构 ：全称为 Client/Server 结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷等软件。
B/S 结构 ：全称为 Browser/Server 结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。网络编程，就是在一定的协议下，实现两台计算机的通信的程序。

1.2 网络通信协议

网络通信协议：通信协议是对计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。
TCP/IP 协议： 传输控制协议 / 因特网互联协议 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是 Internet 最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议，并采用了 4 层的分层模型，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

1.3 协议分类

通信的协议还是比较复杂的，java.net 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

TCP：传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。TCP 协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。
- 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。服务器你死了吗？
- 第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求。我活着啊！！
- 第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接。整个交互过程如下图所示。我知道了！！
完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。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，例如下载文件、浏览网页等。
UDP：用户数据报协议 (User Datagram Protocol)。UDP 协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小限制在 64k 以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用中，例如视频会议、QQ 聊天等。

1.4 网络编程三要素

协议

协议：计算机网络通信必须遵守的规则，已经介绍过了，不再赘述。

IP 地址

IP 地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address），俗称 IP。IP 地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把 “个人电脑” 比作 “一台电话” 的话，那么 “IP 地址” 就相当于 “电话号码”。

IP 地址分类

IPv4：是一个 32 位的二进制数，通常被分为 4 个字节，表示成 a.b.c.d 的形式，例如 192.168.65.100 。其中 a、b、c、d 都是 0~255 之间的十进制整数，那么最多可以表示 42 亿个。
IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP 地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得 IP 的分配越发紧张。有资料显示，全球 IPv4 地址在 2011 年 2 月分配完毕。

为了扩大地址空间，拟通过 IPv6 重新定义地址空间，采用 128 位地址长度，每 16 个字节一组，分成 8 组十六进制数，表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

常用命令

查看本机 IP 地址，在控制台输入：

 ipconfig

检查网络是否连通，在控制台输入：

 ping 空格 IP地址
ping 220.181.57.216
ping www.baidu.com

特殊的 IP 地址

本机 IP 地址：127.0.0.1、localhost 。

端口号

网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？

如果说 IP 地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是 0~65535。其中，0~1023 之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用 1024 以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。

利用协议 +IP地址 + 端口号 三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

 /**
    InetAddress类概述
        * 一个该类的对象就代表一个IP地址对象。
 
    InetAddress类成员方法
        * static InetAddress getLocalHost()
            * 获得本地主机IP地址对象
        * static InetAddress getByName(String host)
            * 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
 
        * String getHostName();获得主机名
        * String getHostAddress();获得IP地址字符串
 */
public class InetAddressDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获得本地主机IP地址对象
        InetAddress inet01 = InetAddress.getLocalHost();
        // pkxingdeMacBook-Pro.local/10.211.55.2
        // 主机名/ip地址字符串
        System.out.println(inet01);
        // 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
        // InetAddress inet02 = InetAddress.getByName("192.168.73.97");
        InetAddress inet02 = InetAddress.getByName("baidu.com");
        System.out.println(inet02);
 
        // 获得主机名
        String hostName = inet01.getHostName();
        System.out.println(hostName);
        // 获得IP地址字符串
        String hostAddress = inet01.getHostAddress();
        System.out.println(hostName);
        System.out.println(hostAddress);
    }
}

2.UDP 通信程序

2.1 UDP 协议概述

UDP 是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

由于使用 UDP 协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用 UDP 协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

但是在使用 UDP 协议传送数据时，由于 UDP 的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用 UDP 协议。UDP 通信过程如下图所示：

2.2 UDP 协议的特点

面向无连接的协议
发送端只管发送，不确认对方是否能收到。
基于数据包进行数据传输。
发送数据的大小限制 64K 以内
因为面向无连接，速度快，但是不可靠。

2.3 UDP 协议的使用场景

即时通讯
在线视频
网络语音电话

2.4 UDP 协议相关的两个类

DatagramPacket

数据包对象
作用：用来封装要发送或要接收的数据，比如：集装箱

DatagramPacket 类构造方法

DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
- 创建发送端数据包对象
- buf：要发送的内容，字节数组
- length：要发送内容的长度，单位是字节
- address：接收端的 IP 地址对象
- port：接收端的端口号
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
- 创建接收端的数据包对象
- buf：用来存储接收到内容
- length：能够接收内容的长度

DatagramPacket 类常用方法

int getLength() 获得实际接收到的字节个数

DategramSocket

发送对象
作用：用来发送或接收数据包，比如：码头

DatagramSocket 类构造方法

DatagramSocket() 创建发送端的 Socket 对象，系统会随机分配一个端口号。
DatagramSocket(int port) 创建接收端的 Socket 对象并指定端口号

DatagramSocket 类成员方法

void send(DatagramPacket dp) 发送数据包
void receive(DatagramPacket p) 接收数据包

2.5 UDP 通信案例

需求：教师的电脑的一个程序发送数据，一个程序接收数据，使用的教师本机的 ip。

UDP 发送端代码实现

 // UDP发送端代码实现
public class UDPSender {
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        // 定义一个字符串：要发送的内容
        String message = "约吗";
        // 字符串转字节数组
        byte[] buf = message.getBytes();
        // 创建数据包对象
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getLocalHost(),6666);
        // 创建发送端的发送对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
        // 发送数据包
        ds.send(dp);
        // 关闭发送对象释放端口号
        ds.close();
    }
}

UDP 接收端代码实现

 /**
    UDP协议接收端代码实现
 */
public class UDPReceive {
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        // 创建接收对象DatagramSocket
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666);
        // 创建字节数组用来存储接收接收到的内容
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 创建数据包对象
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);
        // 接收数据包
        ds.receive(dp);
 
        // 获得实际接收到的字节个数
        int len = dp.getLength();
        System.out.println("len = " + len);
        // 将字节数组的内容转换为字符串输出
        System.out.println(new String(buf,0,len));
 
        // 获得发送端的ip地址
        String sendIp = dp.getAddress().getHostAddress();
        // 获得发送端的端口号
        int port  = dp.getPort();
        System.out.println(sendIp);
        System.out.println(port);
 
        // 关闭Socket对象
        ds.close();
    }
}

3.TCP 通信程序

3.1 TCP 协议概述

TCP 协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在客户端和服务器端建立逻辑连接，然后再传输数据。它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。TCP 通信过程如下图所示：

两端通信时步骤：

服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

在 Java 中，提供了两个类用于实现 TCP 通信程序：

客户端：java.net.Socket 类表示。创建 Socket 对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
服务端：java.net.ServerSocket 类表示。创建 ServerSocket 对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

3.2 TCP 协议的特点

面向连接的协议
只能由客户端主动发送数据给服务器端，服务器端接收到数据之后，可以给客户端响应数据。
通过三次握手建立连接，连接成功形成数据传输通道。
通过四次挥手断开连接
基于 IO 流进行数据传输
传输数据大小没有限制
因为面向连接的协议，速度慢，但是是可靠的协议。

3.3 TCP 协议的使用场景

文件上传和下载
邮件发送和接收
远程登录

3.4 TCP 协议相关的类

Socket 类

Socket 类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

构造方法

public Socket(String host, int port) : 创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的 host 是 null ，则相当于指定地址为回送地址。

小贴士：回送地址 (127.x.x.x) 是本机回送地址（Loopback Address），主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

构造举例，代码如下：

 Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);

成员方法

public InputStream getInputStream() ：返回此套接字的输入流。
- 如果此 Scoket 具有相关联的通道，则生成的 InputStream 的所有操作也关联该通道。
- 关闭生成的 InputStream 也将关闭相关的 Socket。
public OutputStream getOutputStream() ：返回此套接字的输出流。
- 如果此 Scoket 具有相关联的通道，则生成的 OutputStream 的所有操作也关联该通道。
- 关闭生成的 OutputStream 也将关闭相关的 Socket。
public void close() ：关闭此套接字。
- 一旦一个 socket 被关闭，它不可再使用。
- 关闭此 socket 也将关闭相关的 InputStream 和 OutputStream 。
public void shutdownOutput() ：禁用此套接字的输出流。
- 任何先前写出的数据将被发送，随后终止输出流。

ServerSocket 类

ServerSocket 类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

构造方法

public ServerSocket(int port) ：使用该构造方法在创建 ServerSocket 对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数 port 就是端口号。

构造举例，代码如下：

 ServerSocket server = new ServerSocket(6666);

成员方法

public Socket accept() ：侦听并接受连接，返回一个新的 Socket 对象，用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。

3.5 TCP 通信案例

客户端向服务器发送数据

 /*
TCP客户端代码实现步骤
        * 创建客户端Socket对象并指定服务器地址和端口号
        * 调用Socket对象的getOutputStream方法获得字节输出流对象
        * 调用字节输出流对象的write方法往服务器端输出数据
        * 调用Socket对象的getInputStream方法获得字节输入流对象
        * 调用字节输入流对象的read方法读取服务器端返回的数据
        * 关闭Socket对象断开连接。
 */
// TCP客户端代码实现
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 要发送的内容
        String content = "你好TCP服务器端，约吗";
        // 创建Socket对象
        Socket socket = new Socket("192.168.73.99",9999);
        // System.out.println(socket);
        // 获得字节输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 输出数据到服务器端
        out.write(content.getBytes());
 
        // 获得字节输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 创建字节数组：用来存储读取到服务器端数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 读取服务器端返回的数据
        int len = in.read(buf);
        System.out.println("len = " + len);
        System.out.println("服务器端返回的内容 = " + new String(buf,0,len));
 
        // 关闭socket对象
        socket.close();
    }
}

服务器向客户端回写数据

 /**
    TCP服务器端代码实现
 
    ServerSocket类构造方法
        * ServerSocket(int port) 根据指定的端口号开启服务器。
 
    ServerSocket类常用方法
        *  Socket accept() 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象
 
    TCP服务器端代码实现步骤
        * 创建ServerSocket对象并指定端口号(相当于开启了一个服务器)
        * 调用ServerSocket对象的accept方法等待客端户连接并获得对应Socket对象
        * 调用Socket对象的getInputStream方法获得字节输入流对象
        * 调用字节输入流对象的read方法读取客户端发送的数据
        * 调用Socket对象的getOutputStream方法获得字节输出流对象
        * 调用字节输出流对象的write方法往客户端输出数据
        * 关闭Socket和ServerSocket对象
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        // 创建服务器ocket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 获得字节输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 创建字节数组：用来存储读取到客户端发送的数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 读取客户端发送过来的数据
        int len = in.read(buf);
        System.out.println("len = " + len);
        System.out.println("客户端发送的数据 = " + new String(buf,0,len));
 
        // 获得字节输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 往客户端输出数据
        out.write("约你妹".getBytes());
 
        // 关闭socket
        socket.close();
        // 关闭服务器（在实际开发中，服务器一般不会关闭）
        serverSocket.close();
    }
}

4. 综合案例

4.1 文件上传案例

文件上传分析图解

【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。
【服务端】获取输出流，回写数据。
【客户端】获取输入流，解析回写数据。

案例实现

服务器端实现：

 public class FileUpload_Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        // 2. 循环接收,建立连接
        while (true) {
            Socket accept = serverSocket.accept();
            /*
            3. socket对象交给子线程处理,进行读写操作
               Runnable接口中,只有一个run方法,使用lambda表达式简化格式
            */
            new Thread(() -> {
                try (
                    //3.1 获取输入流对象
                    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
                    //3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
                    FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
                    BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
                ) {
                    // 3.3 读写数据
                    byte[] b = new byte[1024 * 8];
                    int len;
                    while ((len = bis.read(b)) != -1) {
                        bos.write(b, 0, len);
                    }
 
                    // 4.=======信息回写===========================
                    System.out.println("back ........");
                    OutputStream out = accept.getOutputStream();
                    out.write("上传成功".getBytes());
                    out.close();
                    //================================
 
                    //5. 关闭 资源
                    bos.close();
                    bis.close();
                    accept.close();
                    System.out.println("文件上传已保存");
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

客户端实现：

 public class FileUpload_Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建流对象
        // 1.1 创建输入流,读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
        // 1.2 创建输出流,写到服务端
        Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
 
        //2.写出数据.
        byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
        int len ;
        while (( len  = bis.read(b))!=-1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
        // 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕
        socket.shutdownOutput();
        System.out.println("文件发送完毕");
        // 3. =====解析回写============
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] back = new byte[20];
        in.read(back);
        System.out.println(new String(back));
        in.close();
        // ============================
 
        // 4.释放资源
        socket.close();
        bis.close();
    }
}

4.2 模拟 B\S 服务器

模拟网站服务器，使用浏览器访问自己编写的服务端程序，查看网页效果。

案例分析

准备页面数据，web 文件夹。
我们模拟服务器端，ServerSocket 类监听端口，使用浏览器访问，查看网页效果

案例实现

浏览器工作原理是遇到图片会开启一个线程进行单独的访问，因此在服务器端加入线程技术。

 public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        while(true){
            Socket socket = server.accept();
            new Thread(new Web(socket)).start();
        }
    }
}

 class Web implements Runnable{
    private Socket socket;
 
    public Web(Socket socket){
        this.socket=socket;
    }
 
    public void run() {
        try{
            //转换流,读取浏览器请求第一行
            BufferedReader readWb = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String requst = readWb.readLine();
            //取出请求资源的路径
            String[] strArr = requst.split(" ");
            System.out.println(Arrays.toString(strArr));
            String path = strArr[1].substring(1);
            System.out.println(path);
 
            FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
            System.out.println(fis);
            byte[] bytes= new byte[1024];
            int len = 0 ;
 
            //向浏览器 回写数据
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
            out.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
            out.write("\r\n".getBytes());
            while((len = fis.read(bytes))!=-1){
                out.write(bytes,0,len);
            }
            fis.close();
            out.close();
            readWb.close();
            socket.close();
        }catch(Exception ex){
 
        }
    }
}

网络编程

1. 网络编程入门

1.1 软件结构

1.2 网络通信协议

1.3 协议分类

1.4 网络编程三要素

协议

IP 地址

端口号

2.UDP 通信程序

2.1 UDP 协议概述

2.2 UDP 协议的特点

2.3 UDP 协议的使用场景

2.4 UDP 协议相关的两个类

DatagramPacket

DatagramPacket 类构造方法

DatagramPacket 类常用方法

DategramSocket

DatagramSocket 类构造方法

DatagramSocket 类成员方法

2.5 UDP 通信案例

UDP 发送端代码实现

UDP 接收端代码实现

3.TCP 通信程序

3.1 TCP 协议概述

3.2 TCP 协议的特点

3.3 TCP 协议的使用场景

3.4 TCP 协议相关的类

Socket 类

构造方法

成员方法

ServerSocket 类

构造方法

成员方法

3.5 TCP 通信案例

客户端向服务器发送数据

服务器向客户端回写数据

4. 综合案例

4.1 文件上传案例

文件上传分析图解

案例实现

4.2 模拟 B\S 服务器

案例分析

案例实现

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