Java基础——网络编程

  1. 可以让设备中的程序与网络上其他设备中的程序进行数据交互（实现网络通信的）。

1. 基本的通信架构

  1. 基本的通信架构有2种形式：CS架构（Client客户端/Server服务端）、BS架构（Browser浏览器/Server服务端）
  2. 无论CS架构，还是BS架构的软件都必须依赖网络编程

2. 网络通信的三要素

2.1. IP

  1. 全称互联网协议地址，是设备在网络中的地址，是唯一的标识。
2.1.1. IP地址的形式
  1. IPv4（32位，点分十进制表示）
  2. IPv6（128位，分成8段表示，每段每四位编码成一个十六进制位表示，每段中间用:隔开）
2.1.2. 公网IP、内网IP
  1. 公网IP：是可以连接互联网的IP地址
  2. 内网IP：也叫局域网IP，只能组织或机构内部使用
  3. 192.168.开头的就是常见的局域网地址，范围为192.168.0.0-192.168.255.255，专门为组织机构内部使用
  4. 127.0.0.1、localhost代表本机，只会寻找当前所在的主机。
2.1.3. 常用命令
  1. ipconfig：查看本机IP地址
  2. ping IP地址：检查网络是否连通
2.1.4. InetAddress

代表IP地址

2.2. 端口

  1. 应用程序在设备中唯一的标识
  2. 是一个16位的二进制，范围是0~65535
2.2.1. 分类
  1. 周知端口：0~1023，内预先定义的知名应用占用（如，HTTP占用80，FTP占用21）
  2. 注册端口：1024~49151，分配给用户进程或某些应用程序
  3. 动态端口：49151~65535，一般不固定分配给某种进程，而是动态分配
  4. 我们自己开发的程序一般选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错。

2.3. 协议

  1. 网络中的通信设备，事先规定的连接规则，以及传输数据的规则被称为网络通信协议。
2.3.1. 网络模型

2.3.2. UDP协议
  1. 用户数据报协议
  2. 无连接、不可靠通信
  3. 通信效率高，适合语音通话、视频直播等
2.3.3. TCP协议
  1. 传输控制协议
  2. 面向连接、可靠通信
  3. 目的是要保证在不可靠的信道上实现可靠的传输
  4. 三个步骤实现可靠通信：三次握手建立连接，传输数据进行确认，四次挥手断开连接。
  5. 可靠连接：客户端和服务器都能发送和接收数据，全双工
  6. 通信效率相对不高，但可靠，适用于网页、文件下载、支付等

3. UDP通信

  1. Java提供了一个java.net.DatagramSocket类来实现UDP通信。

3.1. 提供方法

3.2. 一发一收

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建客户端对象DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 创建数据包对象, 封装要发的数据/*参数一 要发送的数据的字节数组参数二 要发送数据的字节数参数三 目标服务端地址参数四 目标服务端端口*/byte[] bytes = "我是客户端, 123".getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getLocalHost(), 6666);// 3. 开始发送数据到服务端socket.send(packet);System.out.println("客户端发送数据完毕");socket.close(); // 释放系统资源}
}
public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建一个服务端对象 并注册端口DatagramSocket server = new DatagramSocket(6666);// 2. 创建数据包对象 用于接收数据byte[] buffer = new byte[1024 * 64]; // 64kbDatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);// 3. 接收数据server.receive(packet);// 4. 将接收的数据输出 接收多少 输出多少System.out.println(new String(buffer, 0, packet.getLength()));server.close(); // 释放资源}
}

3.3. 多发多收

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建客户端对象DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 创建数据包对象, 封装要发的数据/*参数一 要发送的数据的字节数组参数二 要发送数据的字节数参数三 目标服务端地址参数四 目标服务端端口*/Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说");String s = scanner.nextLine();byte[] bytes = s.getBytes();if("exit".equals(s)){socket.close();System.out.println("退出成功");break;}DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getLocalHost(), 6666);// 3. 开始发送数据到服务端socket.send(packet);}}
}
public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建一个服务端对象 并注册端口DatagramSocket server = new DatagramSocket(6666);// 2. 创建数据包对象 用于接收数据byte[] buffer = new byte[1024 * 64]; // 64kbDatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);while (true) {// 3. 接收数据server.receive(packet);// 4. 将接收的数据输出 接收多少 输出多少System.out.println(new String(buffer, 0, packet.getLength()));// 5. 获取客户端主机名 和 端口System.out.println(packet.getAddress().getHostAddress());System.out.println(packet.getPort());System.out.println("-----------------------------");}}
}

4. TCP通信

  1. Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信

4.1. 客户端

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建一个Socket对象 请求与服务端进行连接Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);// 2. 获取输出流 向服务端发送数据OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();// 3. 使用高级流包装原始流DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);// 4. 向服务端发送数据dataOutputStream.writeUTF("你好, 我是客户端");dataOutputStream.close(); // 释放资源socket.close();}
}

4.2. 服务端

  1. 服务端是通过java.net.ServerSocket类来实现的。

public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建ServerSocket对象, 并指名端口号ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);// 2. 使用accept方法, 等待客户端的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();// 3. 获取字节输入流InputStream inputStream = socket.getInputStream();// 4. 包装成数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);// 5. 读取客户端发来的数据String s = dataInputStream.readUTF();System.out.println(s);// 释放资源dataInputStream.close();socket.close();}
}

4.3. 多发多收

  1. 客户端
public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建一个Socket对象 请求与服务端进行连接Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);// 2. 获取输出流 向服务端发送数据OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();// 3. 使用高级流包装原始流DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说");String s = scanner.nextLine();if("exit".equals(s)){dataOutputStream.close(); // 释放资源socket.close();System.out.println("退出成功");break;}// 4. 向服务端发送数据dataOutputStream.writeUTF(s);dataOutputStream.flush();}}
}
  1. 服务端
public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建ServerSocket对象, 并指名端口号ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);// 2. 使用accept方法, 等待客户端的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();// 3. 获取字节输入流InputStream inputStream = socket.getInputStream();// 4. 包装成数据输入流DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);while (true) {try {// 5. 读取客户端发来的数据String s = dataInputStream.readUTF();System.out.println(s);} catch (Exception e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "离线了");dataInputStream.close();socket.close();break;}}}
}

4.4. 实现与多个客户端同时通信

  1. 上述的服务端程序是不支持与多个客户端同时通信的，因为服务端现在只有一个主线程，只能处理一个客户端的消息。
  2. 可以通过多线程实现与多个客户端的同时通信

客户端

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建一个Socket对象 请求与服务端进行连接Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);// 2. 获取输出流 向服务端发送数据OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();// 3. 使用高级流包装原始流DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说");String s = scanner.nextLine();if("exit".equals(s)){dataOutputStream.close(); // 释放资源socket.close();System.out.println("退出成功");break;}// 4. 向服务端发送数据dataOutputStream.writeUTF(s);dataOutputStream.flush();}}
}

服务端

public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建ServerSocket对象, 并指名端口号ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);while (true) {// 2. 使用accept方法, 等待客户端的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("有人上线了" + socket.getRemoteSocketAddress());// 3. 将这个客户端对应的Socket管道交给独立的线程处理new ServerReaderThread(socket).start();}}
}

自定义线程

public class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {// 1. 获取字节输入流InputStream inputStream = this.socket.getInputStream();// 2. 使用高级流进行封装DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);while (true){// 3. 读取信息try {String s = dataInputStream.readUTF();System.out.println(s);} catch (IOException e) {System.out.println("有人下线了" + socket.getRemoteSocketAddress());dataInputStream.close();socket.close();break;}}} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}

4.5. TCP通信实现BS架构

  1. 服务端
public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建ServerSocket对象, 并指名端口号ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);while (true) {// 2. 使用accept方法, 等待浏览器的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("有人上线了" + socket.getRemoteSocketAddress());// 3. 将这个浏览器对应的Socket管道交给独立的线程处理new ServerReaderThread(socket).start();}}
}
  1. 自定义线程
public class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {// 处理浏览器请求, 返回一个你好，666try {OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);printStream.println("HTTP/1.1 200 OK");printStream.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");printStream.println(); // 必须换行printStream.println("<h1>你好, 666</h1>");printStream.close();socket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}
  1. 使用线程池优化
public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建ServerSocket对象, 并指名端口号ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);// 创建线程池ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(8 * 2, 8 * 2, 0,TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(8), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());while (true) {// 2. 使用accept方法, 等待浏览器的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("有人上线了" + socket.getRemoteSocketAddress());// 3. 将这个浏览器对应的Socket管道交给独立的线程处理// 创建Runnable任务对象ServerReaderRunnable runnable = new ServerReaderRunnable(socket);pool.execute(runnable);}}
}

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