网络编程 | Java自学笔记

网络编程概述

• Java是Internet的语言，它从语言级上提供了对网络应用程序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序

• Java提供的网络类库，可以实现无痛的网络连接，联网的底层细节被隐藏在Java的本机安装系统里，由JVM进行控制。并且Java实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境

• 网络编程的目的：直接或间接地通过网络协议与其他计算机实现数据交换，进行通讯

• 网络编程中主要问题

  • 如果准确的定位网络上一台或多台主机；定位主机上的特定应用
  • 找到主机后如何可靠高效的进行数据传输

网络通信要素概述

• 如歌实现网络中的主机互相通信

  • 通信双方地址（IP和端口号）

  • 一定的规则（即网络通信协议，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（应用层、传输层、网络层、物理+数据链路层）

通信要素1：IP和端口号

• IP地址：InetAddress

  • 唯一的标识Internet上的计算机（通信实体）

  • IP地址分类方式1：IPV4和IPV6

    • IPV4：4个字节组成，4个0-255。大概42亿，30亿在北美，亚洲4亿。2011年初已经用尽。以点分十进制表示，如192.168.0.1
    • IPV6:128位（16个字节），写成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

  • IP地址分类方式2：公网地址（万维网使用）和私有地址（局域网使用）。192.168.开头的就是私有地址，范围即为192.168.0.0 — 192.168.255.255，专门为组织机构内部使用

  • 特点：不易记忆

• 域名：www.baidu.com

• 本地回路地址：127.0.0.1对应localhost

• 实例化InetAddress：两个方法：getByName(String host)、getLocalHost

• 两个常用方法：getHostName() / getHostAddress()

• 端口号标识正在计算机上运行的进程（程序）

  • 不同的进程有不同的端口号

  • 被规定为一个16位的整数0~65535

  • 端口分类

    • 公认端口：0~1023。被预先定义的服务通信占用（如：HTTP占用端口80，FTP占用端口21，Telnet占用端口23）
    • 注册端口：1024~49151。分配给用户进程或应用程序（如：Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等）
    • 动态/私有端口：49152~65535

• 端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket

通信要素2：网络协议

• 网络通信协议：计算机网络中实现通信必须要有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准

• 通信协议分层思想：在指定协议时，吧复杂成分分解成一些简单的成分，再将他们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和扩展

• 传输层协议中有两个非常重要的协议

  • 传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）

    • 使用TCP协议前，需先建立TCP连接，形成传输数据通道
    • 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
    • TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端
    • 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

  • 用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）

    • 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
    • 每个数据包的大小限制在64k内
    • 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
    • 可以广播发送
    • 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

TCP网络编程

• 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，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议
• IP（Internet Protocol）协议是网络层的主要协议，支持网间互联的数据通信
• TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP层、传输层和应用层

/**
 * 实现TCP的网络编程
 * 例子1：客户端发送信息给服务端，服务端将数据显式在控制台上
 */
public class TCPTest1 {
    //客户端
    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            //1.创建Socket对象，指明服务器端的ip和端口号
            InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            socket = new Socket(inet, 6324);
            //2.获取一个输出流，用于输出数据
            os = socket.getOutputStream();
            //3.写出数据操作
            os.write("我是客户端".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            //4.资源关闭
            try {
                if(os != null)
                    os.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if (socket != null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    //服务端
    @Test
    public void server(){
        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            //1.创建服务器端的ServerSocket，指明自己的端口号
            ss = new ServerSocket(6324);
            //2.调用accept()表示接收来自于客户端的socket
            socket = ss.accept();
            //3.获取输入流
            is = socket.getInputStream();
            //不建议，可能会有乱码
//        byte[] buffer = new byte[20];
//        int len;
//        while((len = is.read(buffer)) != -1){
//            String str = new String(buffer,0,len);
//            System.out.println(str);
//        }
            //4.读取输入流中的数据
            baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                baos.write(buffer,0,len);
            }
            System.out.println(baos.toString());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            //5.关闭资源
            try {
                if(baos != null)
                    baos.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(is != null)
                    is.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(socket != null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(ss != null)
                    ss.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

/**
 * 实现TCP的网络编程
 * 例题2：客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地
 */
public class TCPTest2 {

    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        FileInputStream fis = null;
        try {
            socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 9090);
            os = socket.getOutputStream();
            fis = new FileInputStream(new File("Sierra.jpg"));
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){
                os.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                if(fis != null)
                    fis.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if (os != null)
                    os.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if (socket != null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    @Test
    public void server(){
        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            ss = new ServerSocket(9090);
            socket = ss.accept();
            is = socket.getInputStream();
            fos = new FileOutputStream(new File("Sierra2.jpg"));

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                if(fos != null)
                    fos.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(is != null)
                    is.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(socket != null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(ss != null)
                    ss.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

/**
 * 实现TCP网络编程
 * 例题3：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，并关闭相应链接
 */
public class TCPTest3 {
    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        FileInputStream fis = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 9090);
            os = socket.getOutputStream();
            fis = new FileInputStream(new File("Sierra.jpg"));
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){
                os.write(buffer,0,len);
            }

            //关闭数据的输出
            socket.shutdownOutput();

            //接收来自于服务器端的数据
            InputStream is = socket.getInputStream();
            baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer1 = new byte[20];
            int len1;
            while((len1 = is.read(buffer1)) != -1){
                baos.write(buffer1,0,len1);
            }
            System.out.println(baos.toString());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                if(fis != null)
                    fis.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if (os != null)
                    os.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if (socket != null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if (baos != null)
                    baos.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    @Test
    public void server(){

        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            ss = new ServerSocket(9090);
            socket = ss.accept();
            is = socket.getInputStream();
            fos = new FileOutputStream(new File("Sierra2.jpg"));

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }

            //服务器端给予客户端反馈
            os = socket.getOutputStream();
            os.write("收到".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            try {
                if(os != null)
                    os.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(fos != null)
                    fos.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(is != null)
                    is.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(socket != null)
                    socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            try {
                if(ss != null)
                    ss.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

UDP网络编程

• 类DatagramSocket和DatagramPacket实现了基于UDP协议网络程序
• UDP数据报通过数据报套接字DatagramSocket发送和接收，系统不保证UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不确定什么时候可以抵达
• DatagramPacket对象封装了UDP和数据报，在数据报中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号
• UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无需建立发送方和接收方的连接，如同发快递包裹一样

public class UDPTest {
    //发送端
    @Test
    public void sender() throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        String str = "我是UDP方式发送的导弹";
        byte[] data = str.getBytes();
        InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();//发给自己
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,0,data.length,inet,9090);
        socket.send(packet);
        socket.close();
    }
    //接收端
    @Test
    public void receiver() throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
        byte[] buffer = new byte[100];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);
        socket.receive(packet);
        System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));
        socket.close();
    }
}

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
• 它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源
• 通过URL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的基本结构由五部分组成：<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表