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Java基础 网络编程

智云科技发布于 2023年7月31日评论关闭阅读(34) 
主要内容

软件架构CS／BS

网络通信三要素

TCP通信

Socket 套接字

ServerSocket

教学目标

能够辨别UDP和 TCP协议 特点

能够说出TCP协议下两个常用类名称

能够编写TCP协议下 字符串 数据传输程序

能够理解TCP协议下文件上传案例

能够理解TCP协议下案例2

第一章 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。

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。

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。

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

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065535。其中，01023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

第二章 TCP通信程序

2.1概述

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（Client）与服务端（Server）。 两端通信时步骤：

1.服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。

2.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：

  1. 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。
  2. 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4简单的TCP网络程序

TCP通信分析图解

1.【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接

2.【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。

3.【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。

4.【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。

5.【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

自此，服务端向客户端回写数据。

6.【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。

7.【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。

8.【客户端】释放资源，断开连接。

客户端向服务器发送数据

服务端实现： 

public class ServerTCP {
public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("服务端启动 , 等待连接");
// 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
// 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象. Socket server = ss.accept();
// 3.通过socket 获取输入流
InputStream is = server.getInputStream();
// 4.一次性读取数据
// 4.1 创建字节数组
 byte [] b = new byte[1024];
// 4.2 据读取到字节数组中. int len = is.read(b)；
// 4.3 解析数组,打印字符串信息
String msg = new String(b, 0, len); System.out.println(msg);
//5.关闭资源.
is. close (); server.close();
}
}

客户端实现： 

public class ClientTCP {
public static void main(String[] args) throws Exception { System.out.println("客户端 发送数据");
// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
Socket client = new Socket("localhost", 6666);
// 2.获取流对象 . 输出流
OutputStream os = client.getOutputStream();
// 3.写出数据.
os.write("你好么? tcp ,我来了".get bytes ());
// 4. 关闭资源 .
os.close(); client.close();
}
}

服务器向客户端回写数据

服务端实现： 

public class ServerTCP {
public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("服务端启动 , 等待连接");
// 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
// 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象. Socket server = ss.accept();
// 3.通过socket 获取输入流
InputStream is = server.getInputStream();
// 4.一次性读取数据
// 4.1 创建字节数组
byte[] b = new byte[1024];
// 4.2 据读取到字节数组中. int len = is.read(b)；
// 4.3 解析数组,打印字符串信息
String msg = new String(b, 0, len); System.out.println(msg);
// =================回写数据=======================
// 5. 通过 socket 获取输出流
OutputStream out = server.getOutputStream();
// 6. 回写数据
out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
// 7.关闭资源.
out.close();
is.close(); server.close();
}
}

客户端实现： 

public class ClientTCP {
public static void main(String[] args) throws Exception { System.out.println("客户端 发送数据");
// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
Socket client = new Socket("localhost", 6666);
// 2.通过Scoket,获取输出流对象
OutputStream os = client.getOutputStream();
// 3.写出数据.
os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
// ==============解析回写=========================
// 4. 通过Scoket,获取 输入流对象
InputStream in = client.getInputStream();
// 5. 读取数据数据
byte[] b = new byte[100]; int len = in.read(b);
System.out.println(new String(b, 0, len));
// 6. 关闭资源 . in.close();
os.close(); client.close();
}
}

第三章 综合案例

3.1文件上传案例

文件上传分析图解

1.【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。

2.【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。

3.【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。

4.【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。

基本实现

服务端实现： 

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. 建立连接
Socket accept = serverSocket.accept();
// 3. 创建流对象
// 3.1 获取输入流,读取文件数据
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
// 3.2 创建输出流,保存到本地 .
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"));
// 4. 读写数据
byte[] b = new byte[1024 * 8]; int len;
while ((len = bis.read(b)) != ‐1) { bos.write(b, 0, len);
}
//5. 关 闭 资 源
bos.close();
bis.close(); accept.close();
System.out.println("文件上传已保存");
}
}

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);
BufferedOutputStreambos= 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); bos.flush();
}
System.out.println("文件发送完毕");
// 3.释放资源
bos.close(); socket.close();
bis.close();
System.out.println("文件上传完毕 ");
}
}

文件上传优化分析

1.文件名称写死的问题

服务端，保存文件的名称如果写死，那么最终导致服务器硬盘，只会保留一个文件，建议使用系统时间优 化，保证文件名称唯一，代码如下： 

FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);

2.循环接收的问题

服务端，指保存一个文件就关闭了，之后的用户无法再上传，这是不符合实际的，使用循环改进，可以不断 的接收不同用户的文件，代码如下： 

// 每次接收新的连接,创建一个Socket while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
......
}

3.效率问题

服务端，在接收大文件时，可能耗费几秒钟的时间，此时不能接收其他用户上传，所以，使用多线程技术优 化，代码如下： 

while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
// accept 交给子线程处理. new Thread(() ‐> {
......
InputStream bis = accept.getInputStream();
......
}).start();
}

优化实现 

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. 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();
}
}
}

信息回写分析图解

前四步与基本文件上传一致.

5.【服务端】获取输出流，回写数据。

6.【客户端】获取输入流，解析回写数据。

回写实现 

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
".jpg");
*/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() +
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();
}
}

3.2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

1.准备页面数据，web文件夹。

复制到我们Module中，比如复制到day08中

2.我们模拟服务器端，ServerSocket类监听端口，使用浏览器访问 

public static void main(String[] args) throws IOException { ServerSocket server = new ServerSocket(8000); Socket socket = server.accept();
InputStream in = socket.getInputStream(); byte[] bytes = new byte[1024];
int len = in.read(bytes); System.out.println(new String(bytes,0,len)); socket.close();
server.close();
}

3. 服务器程序中字节输入流可以读取到浏览器发来的请求信息

GET/web/index.html HTTP/1.1是浏览器的请求消息。/web/index.html为浏览器想要请求的服务器端的资源,使用字符串切割方式获取到请求的资源。 

//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(" ");
//去掉web前面的/
String path = strArr[1].substring(1); System.out.println(path);

案例实现

服务端实现： 

public class SerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("服务端 启动 , 等待连接");
// 创建ServerSocket 对象
ServerSocket server = new ServerSocket(8888); Socket socket = server.accept();
// 转换流读取浏览器的请求消息
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(" ");
// 去掉web前面的/
String path = strArr[1].substring(1);
// 读取客户端请求的资源文件
FileInputStream fis = new FileInputStream(path); byte[] bytes= new byte[1024];
int len = 0 ;
// 字节输出流,将文件写会客户端
OutputStream out = socket.getOutputStream();
// 写入HTTP协议响应头,固定写法
out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes()); out.write("Content‐Type:text/html\r\n".getBytes());
// 必须要写入空行,否则浏览器不解析
out.write("\r\n".getBytes()); while((len = fis.read(bytes))!=‐1){
out.write(bytes,0,len);
}
fis.close();
out.close(); readWb.close(); socket.close(); server.close();
}
}

访问效果

火狐

小贴士：不同的浏览器，内核不一样，解析效果有可能不一样。 发现浏览器中出现很多的叉子,说明浏览器没有读取到图片信息导致。

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。

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文章来源：智云一二三科技

文章标题：Java基础 网络编程

文章地址：https://www.zhihuclub.com/198167.shtml

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