Day19-【Java SE进阶】网络编程

一、网络编程

1.概述
  • 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)。
  • java.net,*包下提供了网络编程的解决方案!

基本的通信架构
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)。

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网络通信的关键三要素
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IP地址

  • IP(Internet Protocol):全称”互联网协议地址”，是分配给上网设备的唯一标志。
  • IP地址有两种形式:IPV4、IPV6

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  • IPv6:共128位，号称可以为地球每一粒沙子编号。
  • IPV6分成8段表示，每段每四位编码成一个十六进制位表示，数之间用冒号(:)分开。

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IP域名

  • 公网IP:是可以连接互联网的IP地址;内网IP:也叫局域网IP，只能组织机构内部使用。
  • 192.168.开头的就是常见的局域网地址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用。
    在这里插入图片描述

特殊IP地址
127.0.0.1、localhost:代表本机IP，只会寻找当前所在的主机。
IP常用命令:
ipconfig:查看本机IP地址。
ping IP地址:检查网络是否连通。

1.1 InetAddress
  • 代表IP地址。
    -

端口

  • 标记正在计算机设备上运行的应用程序的，被规定为一个16 位的二进制，范围是 0~65535

分类

  • 周知端口:0~1023，被预先定义的知名应用占用(如:HTTP占用 80，FTP占用21)
  • 注册端口:1024~49151，分配给用户进程或某些应用程序。
  • 动态端口:49152到65535，之所以称为动态端口，是因为它 一般不固定分配某种进程，而是动态分配。
  • 注意:我们自己开发的程序一般选择使用注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错。

通信协议

  • 网络上通信的设备，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

开放式网络互联标准:OSI网络参考模型

  • OSI网络参考模型:全球网络互联标准。
  • TCP/IP网络模型:事实上的国际标准。
    在这里插入图片描述
1.2 重要知识点：传输层的2个通信协议
  • UDP(User Datagram Protocol):用户数据报协议;
  • TCP(Transmission ControlProtocol):传输控制协议。

UDP协议

  • 特点:无连接、不可靠通信。
  • 通讯效率高！语音通话 视频直播
  • 不事先建立连接，数据按照包发，一包数据包含:自己的IP、程序端口，目的地IP、程序端口和数据(限制在64KB内)等。
  • 发送方不管对方是否在线，数据在中间丢失也不管，如果接收方收到数据也不返回确认，故是不可靠的。

TCP协议

  • 特点:面向连接、可靠通信。
  • 通信效率相对不高 网页 文件下载 支付
  • TCP的最终目的:要保证在不可靠的信道上实现可靠的传输。
  • TCP主要有三个步骤实现可靠传输:三次握手建立连接，传输数据进行确认，四次挥手断开连接。
  • TCP协议:三次握手建立可靠连接
    • 可靠连接:确定通信双方，收发消息都是正常无问题的!(全双工)
    • 传输数据会进行确认，以保证数据传输的可靠性在这里插入图片描述
  • TCP协议:四次握手断开连接
    • 目的:确保双方数据的收发都已经完成!

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2. UDP通信-快速入门

UDP通信

  • 特点:无连接、不可靠通信。
  • 不事先建立连接;发送端每次把要发送的数据(限制在64KB内)、接收端IP、等信息封装成一个数据包，发出去就不管了。
  • Java提供了一个java.net.DatagramSocket类来实现UDP通信。
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import java.net.*;public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {//1. 创建客户端对象（发韭菜出去的人）DatagramSocket socket = new DatagramSocket();//2. 创建数据包对象封装要发出去得数据（创建一个韭菜盒子）/* public DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address,int port)参数一:封装要发出去的数据。参数二:发送出去的数据大小(字节个数）参数三：服务端的IP地址（找到服务端主机）参数四：服务端程序的端口。*/byte[] bytes = "我是客户端，向您发送数据！".getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getLocalHost(),6666);//3. 开始正式发送这个数据包出去了socket.send(packet);System.out.println("客户端数据发送完毕~~~");socket.close();//释放资源！}
}
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {//1. 创建一个服务端对象（创建一个接韭菜的人） 注册端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);//2. 创建一个数据包对象，用于接收数据的（创建一个韭菜盒子）byte[] buf = new byte[1024 * 64];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);//3. 开始正式使用数据包来接收客户端发来的数据socket.receive(packet);//4. 从字节数组中，把接收到的数据直接打印出来// 接收多少就倒出多少 获取本次数据包接收了多少数据int len = packet.getLength();String s = new String(buf, 0, len);System.out.println(s);String hostAddress = packet.getAddress().getHostAddress();int port = packet.getPort();System.out.println(hostAddress + ":" + port);socket.close();//释放资源}
}

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UDP通信 多发多收
edit configures->allow 多开 apply即可躲开client程序的

package com.jingwei;import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {//1. 创建客户端对象（发韭菜出去的人）DatagramSocket socket = new DatagramSocket();//可以分配端口 或者不填写自动分配//2. 创建数据包对象封装要发出去得数据（创建一个韭菜盒子）/* public DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address,int port)参数一:封装要发出去的数据。参数二:发送出去的数据大小(字节个数）参数三：服务端的IP地址（找到服务端主机）参数四：服务端程序的端口。*/Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说");String msg = sc.nextLine();if("exit".equals(msg)) {System.out.println("退出成功！");socket.close();break;}byte[] bytes = msg.getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getLocalHost(),6666);//3. 开始正式发送这个数据包出去了socket.send(packet);}System.out.println("客户端数据发送完毕~~~");}
}
package com.jingwei;import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {//1. 创建一个服务端对象（创建一个接韭菜的人） 注册端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);//2. 创建一个数据包对象，用于接收数据的（创建一个韭菜盒子）byte[] buf = new byte[1024 * 64];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);while (true) {//3. 开始正式使用数据包来接收客户端发来的数据socket.receive(packet);//4. 从字节数组中，把接收到的数据直接打印出来// 接收多少就倒出多少 获取本次数据包接收了多少数据int len = packet.getLength();String s = new String(buf, 0, len);System.out.println(s);String hostAddress = packet.getAddress().getHostAddress();int port = packet.getPort();System.out.println(hostAddress + ":" + port);System.out.println("-----------------------");}}
}
3. TCP通信
  • 特点:面向连接、可靠通信。
  • 通信双方事先会采用“三次握手”方式建立可靠连接，实现端到端的通信;底层能保证数据成功传给服务端。
  • Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信。

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一发一收

package com.jingwei;import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;public class SocketClient {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动成功！");//1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);//2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。Socket socket = serverSocket.accept();//3. 从socket通信管道中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();//4. 把原始的字节输入流包装成数据输入流DataInputStream dis = new DataInputStream(is);//5. 使用数据输入流读取客户端发送过来的消息String s = dis.readUTF();System.out.println(s);//其实我们也可以获取客户端的IP地址SocketAddress remoteSocketAddress = socket.getRemoteSocketAddress();System.out.println(remoteSocketAddress);dis.close();socket.close();}
}
package com.jingwei;import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;public class SocketServer {public static void main(String[] args) throws IOException {//1. 创建Socket对象，并同时请求与服务器程序的连接。Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);//2. 从Socket通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();//3. 把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);//4. 开始写数据出去了dos.writeUTF("在一起好吗？");dos.close();socket.close();//释放连接资源}
}

多发多收

package com.jingwei;import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class SocketServer {public static void main(String[] args) throws IOException {//1. 创建Socket对象，并同时请求与服务器程序的连接。Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);//2. 从Socket通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();//3. 把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说：");//4. 开始写数据出去了String msg = sc.nextLine();if("exit".equals(msg)){dos.close();socket.close();break;}dos.writeUTF(msg);dos.flush();}//        dos.close();
//
//        socket.close();//释放连接资源}
}
package com.jingwei;import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;public class SocketClient {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动成功！");//1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);//2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。Socket socket = serverSocket.accept();//3. 从socket通信管道中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();//4. 把原始的字节输入流包装成数据输入流DataInputStream dis = new DataInputStream(is);while (true) {//5. 使用数据输入流读取客户端发送过来的消息try {String s = dis.readUTF();System.out.println(s);//其实我们也可以获取客户端的IP地址SocketAddress remoteSocketAddress = socket.getRemoteSocketAddress();System.out.println(remoteSocketAddress);} catch (IOException e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+"离线了！");dis.close();socket.close();break;}}
//        dis.close();
//        socket.close();}
}

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目前我们开发的服务端程序，是否可以支持与多个客户端同时通信?

  • 不可以的。
  • 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，

在这里插入图片描述

package com.jingwei;import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class SocketServer {public static void main(String[] args) throws IOException {//1. 创建Socket对象，并同时请求与服务器程序的连接。Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);//2. 从Socket通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();//3. 把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说：");//4. 开始写数据出去了String msg = sc.nextLine();if("exit".equals(msg)){dos.close();socket.close();break;}dos.writeUTF(msg);dos.flush();}//        dos.close();
//
//        socket.close();//释放连接资源}
}
package com.jingwei;import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class SocketClient {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动成功！");//1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);//2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。while (true) {Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("有人上线了"+socket.getRemoteSocketAddress());new ServerReaderThread(socket).start();}
//        dis.close();
//        socket.close();}
}
package com.jingwei;import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;public class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {InputStream inputStream = socket.getInputStream();DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);while (true){try {String msg = dataInputStream.readUTF();System.out.println(msg);} catch (IOException e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+"下线了");dataInputStream.close();socket.close();break;}}} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}

TCP通信-综合案例

  • 即时通信-群聊
  • 实现一个简易版的BS架构

题目：要求从浏览器中访问服务器
并立即让服务器响应一个很简单的网页给浏览器展示
网页内容就是“我666”

在这里插入图片描述

注意:服务器必须给浏览器响应HTTP协议规定的数据格式，否则浏览器不识别返回的数据

在这里插入图片描述

package com.jingwei;import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class SocketClient {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动成功！");//1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);//2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。while (true) {Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("有人上线了"+socket.getRemoteSocketAddress());
//            new ServerReaderThread(socket).start();new ServerWriterThread(socket).start();}
//        dis.close();
//        socket.close();}
}
package com.jingwei;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;public class ServerWriterThread extends Thread {private Socket socket;public ServerWriterThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {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();printStream.println("<!DOCTYPE html>");printStream.println("<html>");printStream.println("<head>");printStream.println("<title>Server Writer</title>");printStream.println("</head>");printStream.println("<body>");printStream.println("<h1>Server Writer</h1>");printStream.println("</body>");printStream.println("</html>");printStream.flush();printStream.close();socket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}}

拓展知识
每次请求都开一个新线程，到底好不好?
高并发时，容易宕机!
在这里插入图片描述

package com.day19;import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.*;public class SocketClient {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("服务端启动成功！");//1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);//创建出一个线程池，负责处理通信管道的任务ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(20 * 2, 20 * 2, 0, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(8), Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());//2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。while (true) {Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("有人上线了"+socket.getRemoteSocketAddress());
//            new ServerReaderThread(socket).start();//3、把这个客户端对应的socket通信管道，交给一个独立的线程负责处理。threadPoolExecutor.execute(new ServerWriterRunnable(socket));}
//        dis.close();
//        socket.close();}
}
package com.day19;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;public class ServerWriterRunnable implements Runnable {private Socket socket;public ServerWriterRunnable(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {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();printStream.println("<!DOCTYPE html>");printStream.println("<html>");printStream.println("<head>");printStream.println("<title>Server Writer</title>");printStream.println("</head>");printStream.println("<body>");printStream.println("<h1>Server Writer</h1>");printStream.println("</body>");printStream.println("</html>");printStream.flush();printStream.close();socket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}}

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