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Java网络编程实战:手撸简单的Web服务器

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前言

本文先带大家了解 TCP协议 概念,实现 Socket 的基本通信,文件上传,最后会用Socket实现模拟的服务器。

TCP协议

TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议,是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP协议的特点:

  1. 基于字节流
  2. 面向连接
  3. 可靠
  4. 支持点对点通信

三次握手和四次挥手

TCP协议的可靠性主要基于三次握手和四次挥手机制三次握手:

  1. 第一次握手:客户端发送标志位SYN=1和随机值seq=J给服务器,客户端进入SYN_SENT状态,等待服务器确定
  2. 第二次握手:服务端收到 SYN =1后,将标志位SYN和ACK设置为1,ack设置为J+1,产生随机值seq=K发送给客户端,服务器状态为SYN_RCVD
  3. 第三次握手:客户端收到后检查如果ACK为1,ack为J+1,就将ACK标志位设置为1,ack设置为k+1发送给服务器,服务器检查ACK为1,ack为K+1则连接成功建立,客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态,开始通信

简单来说:类似某男追某女

  1. 第一次见面,某男给某女发消息:XX,做我女朋友吧,这是我给你的礼物
  2. 第二次见面,某女说:XX,我收到你的消息和礼物了,你要对人家负责啊,也给你个礼物
  3. 第三次见面,某男说:XX,我收到你的礼物了,太好了,我会对你负责的。

四次挥手:

  1. 第一次挥手: 客户端发送FIN=M给服务器,客户端进入FIN_WAIT_1状态
  2. 第二次挥手: 服务器收到FIN=M后,发送ack=M+1给客户端,服务端进入CLOSE_WAIT状态
  3. 第三次挥手: 服务器发送FIN=N给客户端,服务端进入LAST_ACK状态
  4. 第四次挥手: 客户端收到FIN=N后进入TIME_WAIT状态,发送标志位ACK=1,确认序号ack=K+1,服务器收到后进入CLOSED状态,连接关闭。

简单来说:类似某男和某女分手

  1. 第一次挥手,某男给某女发消息:XX,我们不合适,分手吧
  2. 第二次挥手,某女说:XX,我知道了,你是个渣男,我早就想和你分手了,等着我去收拾东西
  3. 第三次挥手,某女说:XX,东西我收拾好了,拜拜吧
  4. 第三次挥手,某男说:XX,知道了,我们再也不见!

TCP/ UDP

TCP和UDP同属于传输层协议,对比TCP和UDP:

Socket编程

Socket基于TCP/IP协议,用于客户端和服务器端通信。

Socket

网络套接字,用于连接另一台计算机

创建方法:

 new Socket("IP地址",端口号)  

注意:一旦创建了Socket对象,就自动连接对方计算机

常用方法:

  • get InputStream () 获得输入流,读取对方发来的数据
  • get OutputStream () 获得输出流,给对方发数据
  • close() 关闭

注意:一旦输入流或输出流关闭,Socket连接会自动关闭。

ServerSocket

服务器端Socket,Socket的子类,用于接受客户端并和客户端通信

创建:

 new ServerSocket(端口号)  

注意:一旦创建ServerSocket对象,会不断侦听该端口,判断是否有客户端连接

主要方法:

  • Socket accept() 用于获得连接过来的客户端Socket对象

服务器端和客户端的通信

服务器端实现步骤:

  1. 创建 Server Socket对象
  2. 循环调用accept方法获得连接
  3. 调用Socket对象的IO流来读取、发送数据。
 public class Server {

public static final int PORT = 8888;

public void start(){
    System.out.println("启动服务器。。。");
//创建ServerSocket对象
try {
ServerSocket server = new ServerSocket(PORT);
//循环获得客户端连接
while(true){
Socket client = server.accept();
System.out.println(client.getInetAddress()+"连接了");
//获得客户端的输入流和输出流
try(DataInputStream dis = new DataInputStream(client.getInputStream());
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream())){
//读取客户端的消息
System.out.println("客户端"+client.getInetAddress()+"说:"+dis.readUTF());
//给客户端发消息
dos.writeUTF("我是服务器端,客户端你好啊~~~~~~~~~~~~~~~~");
}catch(IOException ex){
ex.printStackTrace();
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}


public static void main(String[] args) {
new Server().start();
}
}  

客户端实现步骤:

  1. 创建Socket对象
  2. 调用Socket对象的getInputStream来读取数据。
  3. 调用Socket对象的getOutputStream来发送数据。
 public class Client {

public void sendMessage(String ip,int port,String msg){
//创建Socket对象,连接服务器端
try {
Socket socket = new Socket(ip,port);
//获得输出流和输入流
try(DataOutputStream dos = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream())){
//发送数据给服务器端
dos.writeUTF(msg);
//读取服务器端的消息
System.out.println("服务器端说:"+dis.readUTF());
}catch( Exception  ex){
ex.printStackTrace();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} 
}

public static void main(String[] args) {
new Client().sendMessage("192.168.53.5", 8888, 
"你好!!!服务器端");
}
}  

Socket实现文件上传

文件的上传的步骤

服务器端:

  1. 创建ServerSocket
  2. 调用 accept 获得客户端Socket
  3. 定义字节数组
  4. 创建文件输出流,获得客户端输入流
  5. 循环读取输入流的字节,写入到文件输出流
 public class FileServer {
public static final int PORT = 8888;
public static final String DIR = "C:\upload\";

public void start(){
System.out.println("start...");
//创建服务器端对象
try (ServerSocket server = new ServerSocket(PORT);){
//调用accept接受客户端连接
while(true){
Socket socket = server.accept();
//创建文件输出流和网络输入流
try(ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(
socket.getInputStream());
//读取客户端发来的文件名,创建文件输出流
OutputStream out = 
new  FileOutputStream (DIR+in.readUTF());){
//从网络中读取数据,写入到本地磁盘
int len = 0;
 byte [] buffer = new byte[1024];
while((len = in.read(buffer)) != -1){
out.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("服务器保存完毕");
}catch(IOException ex){
ex.printStackTrace();
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

public static void main(String[] args) {
new FileServer().start();
}
}  

客户端:

  1. 创建Socket
  2. 获得socket对象输出流
  3. 创建文件输入流
  4. 循环读取文件输入流字节,写入到输出流
 public class FileClient {

/**
 * 发送文件
 */
public void sendFile(String ip,int port,String path){
File  File  = new File(path);
//创建连接,创建文件输入流,网络输出流
try(Socket socket = new Socket(ip,port);
InputStream in = new FileInputStream(path);
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
socket.getOutputStream())){
//先发送文件名给服务器
out.writeUTF(file.getName());
out.flush();
//读取本地文件数据,写入到网络输出流中
int len = 0;
byte[] buffer = new byte[1024];
while((len = in.read(buffer)) != -1){
out.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("客户端发送完毕");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

public static void main(String[] args) {
new FileClient().sendFile("127.0.0.1", 8888, 
"D:\java_code\Test10.java");
}
}  

Socket实现模拟服务器

HTML服务器的简单工作原理:

  1. 用户在浏览器输入URL地址
  2. 浏览器发送请求给服务器
  3. 服务器从请求头中解析信息:请求方法、URL等
  4. 从URL中解析到资源名称,就到服务器上查找HTML文件
  5. 服务器发送响应状态给浏览器
  6. 服务器发送响应头给浏览器
  7. 服务器开始发送HTML文件的内容
  8. 浏览器接收到HTML内容渲染出来
 /**
 * 模拟服务器
 */public class MyTomcat {

private static final int PORT = 8888;
private static final String WEB_DIR = "D:/webapps";

public void start(){
//创建服务端Socket
try(ServerSocket server = new ServerSocket(PORT)){
System.out.println("服务器启动了。。。。");
while(true){
//接受客户端连接
Socket client = server.accept();
//读取浏览器的请求
service(client);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

//服务客户端
public void service(Socket client){
//获得客户端的输入流和输出流
try(BufferedReader reader = new BufferedReader(
new InputStreamReader(client.getInputStream()));
BufferedOutputStream writer = new BufferedOutputStream(
client.getOutputStream())){
//读取客户端的请求信息
String request = reader.readLine();
if(request == null){
return;
}
System.out.println(request);
//将请求进行分割
String[] requests = request.split("\ ");
if(requests.length < 2){
return;
}
//通过请求头中的路径查找文件
String path = requests[1];
File file = new File(WEB_DIR+path);
if(!file.exists()){
//如果不存在,就发送404错误
writer.write("HTTP/1.1 404 NOT FOUNDrn".getBytes());
}else{
//如果存在,就发送200
writer.write("HTTP/1.1 200 OKrn".getBytes());
//读取本地HTML文件的内容
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file));
StringBuilder strb = new StringBuilder();
String line = null;
while((line = br.readLine()) != null){
strb.append(line);
}
br.close();
String html = strb.toString();
System.out.println("html-->"+html);
//发送响应头给客户端
String header = "Content-Type:text/html;charset=utf-8rn"
+ "Content-Length:"+html.getBytes("UTF-8").length+"rn";
writer.write(header.getBytes());
//正文和响应头之间发送分割符号
writer.write(new byte[]{10,13},0,2);
//发送正文
writer.write(html.getBytes("UTF-8"));
System.out.println("发送完毕!");
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

public static void main(String[] args) {
MyTomcat myTomcat = new MyTomcat();
myTomcat.start();
}
}  

在D:/webapps下添加hello.html文件,启动服务器在浏览器输入测试:

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文章来源:智云一二三科技

文章标题:Java网络编程实战:手撸简单的Web服务器

文章地址:https://www.zhihuclub.com/201339.shtml

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