Java基础(二十四)：网络编程
夏天vs不热 2024-08-17 12:37:14 阅读 84
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一、网络通信要素1、通信要素一：IP地址和域名1.1、IP地址1.2、域名
2、通信要素二：端口号3、通信要素三：网络通信协议
二、传输层协议：TCP与UDP协议1、TCP协议2、UDP协议3、三次握手4、四次挥手
三、网络编程API1、InetAddress类2、Socket类3、TCP编程4、UDP编程5、URL编程
一、网络通信要素
1、通信要素一：IP地址和域名
1.1、IP地址
IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address），俗称<code>IPIP地址用来给网络中的一台计算机设备做唯一的编号
IP地址分类方式一
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，以点分十进制表示，例如192.168.65.100其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数
这种方式最多可以表示42亿个。其中，30亿都在北美，亚洲4亿，中国2.9亿。<code>2011年初已经用尽IP地址 = 网络地址 +主机地址
网络地址：标识计算机或网络设备所在的网段主机地址：标识特定主机或网络设备
<code>IPv6：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，共16个字节8个无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，数之间用冒号:分开。比如：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
IP地址分类方式二
公网地址( 万维网使用）和 私有地址( 局域网使用）
1.2、域名
Internet上的主机有两种方式表示地址：
域名(hostName)：www.baidu.comIP 地址(hostAddress)：202.108.35.210 域名解析：因为IP地址数字不便于记忆，因此出现了域名
域名容易记忆，当在连接网络时输入一个主机的域名后域名服务器(DNS，Domain Name System，域名系统)负责将域名转化成IP地址
简单理解：
2、通信要素二：端口号
如果说<code>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）不同的进程，设置不同的端口号端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是0~65535
公认端口：0~1023。被预先定义的服务通信占用，如：HTTP（80），FTP（21），Telnet（23）注册端口：1024~49151。分配给用户进程或应用程序。如：Tomcat（8080），MySQL（3306），Oracle（1521）动态/ 私有端口：49152~65535 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
3、通信要素三：网络通信协议
网络通信协议：在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议
它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤、出错控制等做了统一规定通信双方必须同时遵守才能完成数据交换 这里有两套参考模型：
OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准
TCP/IP协议： 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得名
TCP/IP协议中的四层介绍：
<code>应用层：应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。主要协议有：HTTP协议、FTP协议、SNMP（简单网络管理协议）、SMTP（简单邮件传输协议）和POP3（Post Office Protocol 3的简称,即邮局协议的第3个版）等传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。TCP（Transmission Control Protocol）协议，即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)：是一个无连接的传输层协议、提供面向事务的简单不可靠的信息传送服务网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，支持网间互连的数据通信。它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。而IP协议是一种非常重要的协议。IP（internet protocal）又称为互联网协议。IP的责任就是把数据从源传送到目的地。它在源地址和目的地址之间传送一种称之为数据包的东西，它还提供对数据大小的重新组装功能，以适应不同网络对包大小的要求物理+数据链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动
二、传输层协议：TCP与UDP协议
<code>java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：
UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)TCP：传输控制协议 (Transmission Control Protocol)
1、TCP协议
TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
TCP协议使用重发机制，当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体确认信息如果没有收到另一个通信实体确认信息，则会再次重复刚才发送的消息 在连接中可进行大数据量的传输传输完毕，需释放已建立的连接，效率低适用场景：打电话
2、UDP协议
UDP协议进行通信的两个应用进程：发送端、接收端将数据、源、目的封装成数据包（传输的基本单位），不需要建立连接发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，不能保证数据的完整性，故是不可靠的每个数据报的大小限制在64K内发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高适用场景：音频、视频和普通数据的传输。例如视频会议
3、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起TCP连接的请求（客户端请求连接）第二次握手，服务器端发送针对客户端TCP连接请求的确认（服务端收到）第三次握手，客户端发送确认的确认 （客户端知道服务端收到了）
4、四次挥手
TCP协议中，在发送数据结束后，释放连接时需要经过四次挥手
第一次挥手：客户端向服务器端提出结束连接，让服务器做最后的准备工作。此时，客户端处于半关闭状态，即表示不再向服务器发送数据了，但是还可以接受数据（<code>客户端请求关闭）第二次挥手：服务器接收到客户端释放连接的请求后，会将最后的数据发给客户端。并告知上层的应用进程不再接收数据（服务端收到）第三次挥手：服务器发送完数据后，会给客户端发送一个释放连接的报文。那么客户端接收后就知道可以正式释放连接了（服务端请求关闭）第四次挥手：客户端接收到服务器最后的释放连接报文后，要回复一个彻底断开的报文。这样服务器收到后才会彻底释放连接。这里客户端，发送完最后的报文后，会等待2MSL，因为有可能服务器没有收到最后的报文，那么服务器迟迟没收到，就会再次给客户端发送释放连接的报文，此时客户端在等待时间范围内接收到，会重新发送最后的报文，并重新计时。如果等待2MSL后，没有收到，那么彻底断开（客户端收到）
三、网络编程API
1、InetAddress类
InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6AddressInetAddress 类没有提供公共的构造器，而是提供了如下几个静态方法来获取InetAddress实例
public static InetAddress getLocalHost()public static InetAddress getByName(String host)public static InetAddress getByAddress(byte[] addr) InetAddress 提供了如下几个常用的方法
public String getHostAddress() ：返回IP地址字符串public String getHostName() ：获取此IP地址的主机名或者域名
public class TestInetAddress {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. 获取本机的InetAddress 对象
InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(localHost);//DESKTOP-S4MP84S/192.168.12.1
//2. 根据指定主机名 获取 InetAddress对象
InetAddress host1 = InetAddress.getByName("DESKTOP-S4MP84S");
System.out.println("host1=" + host1);//DESKTOP-S4MP84S/192.168.12.1
//3. 根据域名返回 InetAddress对象, 比如 www.baidu.com 对应
InetAddress host2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");code>
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);//110.242.68.4code>
//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
}
}
2、Socket类
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起构成唯一能识别的标识符套接字（Socket）通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点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Socket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
3、TCP编程
通信模型
开发步骤
服务端：
<code>ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字ServerSocket，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求调用ServerSocket对象accept()方法：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象Socket调用该Socket 类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream () ：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收关闭Socket 对象：客户端访问结束，关闭通信套接字
客户端：
Socket(InetAddress address, int port)：根据指定服务端的IP地址和端口号构造Socket类对象
若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路若连接失败，会出现异常 打开连接到Socket的输入/ 出流：使用 getInputStream()方法获得输入流，使用getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息）通过输出流将信息写入线路 关闭Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路
例子：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端
服务端：
ServerSocket对象可以通过 accept() 返回多个Socket[多个客户端连接服务器的并发]当没有客户端连接9090端口时，程序会一直阻塞, 等待连接
@Test
public void server() throws IOException {
// 1. 创建ServerSocket
int port = 9090;
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
// 2. 接收来自于客户端的socket:accept()
Socket socket = serverSocket.accept();
// 3. 通过Socket获取一个输入流
InputStream is = socket.getInputStream();
// 4. 创建File类的实例、FileOutputStream的实例
File file = new File("pic_copy2.jpg");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
// 5. 读写过程
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
fos.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("数据接收完毕");
// 6. 服务端发送数据给客户端
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("你的图片很漂亮，我接收到了".getBytes());
// 7. 关闭相关的Socket和流
os.close();
fos.close();
is.close();
socket.close();
serverSocket.close();
}
客户端：
socket.shutdownOutput()：客户端表明不再继续发送数据，否则对方读操作会一直处于阻塞状态
@Test
public void client() throws IOException {
// 1. 创建Socket
// 指明对方（即为服务器端）的ip地址和端口号
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
int port = 9090;
Socket socket = new Socket(inetAddress, port);
// 2. 创建File的实例、FileInputStream的实例
File file = new File("pic.jpg");
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
// 3. 通过Socket，获取输出流
OutputStream os = socket.getOutputStream();
// 4. 读写数据
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
os.write(buffer, 0, len);
}
System.out.println("数据发送完毕");
// 客户端表明不再继续发送数据，否则对方读操作会一直处于阻塞状态
socket.shutdownOutput();
// 5. 接收来着于服务器端的数据
InputStream is = socket.getInputStream();
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer1 = new byte[5];
int len1;
while ((len1 = is.read(buffer1)) != -1) {
baos.write(buffer1, 0, len1);
}
System.out.println(baos.toString());
// 6. 关闭Socket和相关的流
baos.close();
is.close();
os.close();
fis.close();
socket.close();
}
4、UDP编程
通信模型
UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)：是一个无连接的传输层协议、提供面向事务的简单不可靠的信息传送服务，类似于短信、视频通话UDP适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境，数据报大小限制在64K以下
开发步骤
发送端：
创建DatagramSocket：默认使用系统随机分配端口号创建DatagramPacket：将要发送的数据用字节数组表示，并指定要发送的数据长度，接收方的IP地址和端口号调用DatagramSocket对象的send方法：发送数据报DatagramPacket对象关闭DatagramSocket对象：发送端程序结束，关闭通信套接字
接收端：
创建DatagramSocket：指定监听的端口号创建DatagramPacket：指定接收数据用的字节数组，起到临时数据缓冲区的效果，并指定最大可以接收的数据长度调用DatagramSocket的receive方法 ：接收数据报DatagramPacket对象关闭DatagramSocket ：接收端程序结束，关闭通信套接字
例子：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端
发送端：
<code>@Test
public void sender() throws Exception {
// 1. 创建DatagramSocket的实例
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
// 2. 将数据、目的地的ip，目的地的端口号都封装在DatagramPacket数据报中
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
int port = 9090;
byte[] bytes = "我是发送端".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, inetAddress, port);
// 发送数据
ds.send(packet);
ds.close();
}
接收端：
@Test
public void receiver() throws IOException {
// 1. 创建DatagramSocket的实例
int port = 9090;
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(port);
// 2. 创建数据报的对象，用于接收发送端发送过来的数据
byte[] buffer = new byte[1024 * 64];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);
// 3. 接收数据
ds.receive(packet);
// 4.获取数据，并打印到控制台上
String str = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
System.out.println(str);
ds.close();
}
5、URL编程
URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示Internet上某一资源的地址
通过URL我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 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 URL的基本结构由5部分组成：<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表URL类常用方法
public final InputStream openStream()：读取资源的数据public String getProtocol( )：获取该URL的协议名public String getHost( )：获取该URL的IP地址public String getPort( )：获取该URL的端口号public String getPath( )：获取该URL的文件路径public String getFile( )：获取该URL的文件名
@Test
public void test1() throws MalformedURLException {
URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/myTest.txt");
System.out.println("协议 :" + url.getProtocol());
System.out.println("ip地址 :" + url.getHost());
System.out.println("端口 :" + url.getPort());
System.out.println("文件路径 :" + url.getPath());
System.out.println("文件名 :" + url.getFile());
// 拷贝文件到指定目录
InputStream inputStream = url.openStream();
IOUtils.copy(inputStream, new FileOutputStream("/Users/xuchang/Documents/test.txt"));
}
输出结果：
协议 :http
ip地址 :localhost
端口 :8080
文件路径 :/examples/myTest.txt
文件名 :/examples/myTest.txt
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