12 网络编程详解

知识预备

• 网络通信 :

​ 网络通信是指，将一台设备（Host1）中的数据通过网络传输到另一台设备（Host2）。java.net 包下提供了许多用于完成网络通信的类或接口。

​ 相关流程图如下 :

• 网络 :

​ 两台或两台以上的设备通过一定物理设备（交换机，网关服务器等等）连接起来构成了网络（强调多台计算机构成的网状结构）。

​ 根据网络的覆盖范围及其复杂度的不同，网络大致分为三类：

​ 1° 局域网 : 覆盖范围最小，可能是一个机房，一个公司的内网，也可能是一个学校的校园网。

​ 2° 城域网 : 覆盖范围较大，可以覆盖整个城市。

​ 3° 广域网 : 覆盖范围最大，可以覆盖整个国家，甚至覆盖全球。典型代表是万维网（World Wide Web，简称3w）。

• IP :

​ IP 全称 Internet Protocol，网络协议；IP地址就是“IP address”。IP的作用是标识网络中的每台计算机（主机）。

​ 在Windows操作系统下，可以在交互式命令接口（cmd）输入 ipconfig 指令来获取当前主机的ip地址。如下图所示 :

​ ip又常见两种—— IPv4 和 IPv6.

​ 1° IPv4协议 以“点分十进制（xx.xx.xx.xx)”表示ip地址。即用4个字节来表示4个数，每个数的范围就是每个字节可以表示的范围（0~255）。

​ IPv4协议下，ip地址由网络地址 + 主机地址组成，比如上图红框中，“192.168.0.”表示网络地址，最后的“116”表示主机地址。

​ 2° IPv6协议 的诞生是为了解决IPv4协议“网络地址资源受限”问题，它是互联网工程任务组设计的 用于替代IPv4的下一代网络协议（目前仍处于替代的过渡阶段）。IPv6的地址数量，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址。IPv6 的诞生也解决了多种接入设备接入互联网的障碍。

​ IPv6协议下，ip地址一般由16进制表示，因此每两位就代表一个字节，每个IPv6协议下的ip地址均有16个字节（128位）表示，长度是IPv4协议下的四倍。

• IPv4的ip地址分类:

​ IPv4协议下，ip地址由网络地址和主机地址构成，根据它们的权重不同，IPv4协议的ip地址可分为A，B，C，D，E五类。如下图所示 :

​ PS : 127.0.0.1表示本机地址。

• 域名和端口 :

​ 1° 域名——公司拥有自己的主机，为了便于用户访问公司主机，通过诸如HTTP协议将主机的ip地址映射为“域名”。eg : "cn.bing.com"就是必应搜索的域名。域名相比ip地址更易记忆。

​ 2° 端口——用于标注计算机上某个特定的网络程序（网络服务）的编号。不同的网络程序一般监听不同的端口。

​ 端口以整数形式表示，表示范围是0_{65535(2个字节表示，0}2^16 - 1)。其中，0_{1024的端口已经被占用，因此，在网络开发中，不建议使用0}1024的端口，eg：ssh--- 22，ftp(文件传输) --- 21，smtp(邮件) --- 25，http --- 80。

​ 常见网络程序的端口号——

​ ①mysql : 3306;

​ ②sqlserver : 1433;

​ ③oracle : 1521;

​ ④tomcat : 8080;

​ PS : 用户访问业务主机，实际是通过IP + 端口的形式访问的；通过IP可以找到主机所在位置，通过端口可以使用主机上提供的对应网络服务。如下图所示 :

• 网络协议:

​ 网络通信协议，通常指 TCP/IP 协议（全称“Transmission Control Protocol / Internet Protocol协议”）。中文是“传输控制协议 / 网际协议”，又叫网络通信协议。TCP/IP协议是Internet最基本的协议，是Internet国际互联网络的基础。简单地说，就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。

​ 关于TCP和UDP的区别——

​ 1° TCP : 传输控制协议

​ ①使用TCP协议前，需要建立TCP连接，形成数据传输通道;

​ ②传输数据前进行了"三次握手",因此是可靠的.

​ ③在连接中可进行大量数据的传输;

​ ④数据传输完毕后, 需释放掉已建立的连接,因此效率低.

​ 2° UDP : 用户数据报协议

​ ①不需要建立连接, 而是将数据, 源, 目的封装成数据报;

​ ②每个数据报的大小限制在了64kb内, 不适合大量数据的传输;

​ ③因无需连接, 因此不可靠;

​ ④数据传输完毕后, 无需释放资源(因为不面向连接), 因此速度快.

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网络编程

• InetAddress :

​ 1° 常用方法 :

​ ①getLocalHost : 获取当前主机的InetAddress对象，直接打印InetAddress对象默认输出结果为当前主机名 + 当前主机的ip地址（IPv4协议）。

​ ②getByName : 通过指定主机名获取对应的InetAddress对象。

​ ③getByName : 同上；也可以通过指定域名来获取对应的InetAddress对象。

​ ④getHostAddress : 返回当前InetAddress对象的IP地址。

​ ⑤getHostName : 返回当前InetAddress对象的主机名/域名。

​ 2° 代码演示 :

​ 以InetAddress_Demo类为演示类，代码如下 :

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;public class InetAddress_Demo {public static void main(String[] args) {try {// 1. 获取本机的 InetAddress 对象InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();System.out.println(localHost);System.out.println("=======================");// 2. 通过指定主机名，获取本机的 InetAddress 对象InetAddress byName = InetAddress.getByName("MS-BJCMJBNFQLQN");System.out.println(byName);System.out.println("=======================");// 3. 通过指定域名，获取对应的 InetAddress 对象InetAddress baiduHost = InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println(baiduHost);System.out.println("=======================");// 4. 根据 InetAddress 对象，获取对应主机的IP地址String hostAddress = baiduHost.getHostAddress();String localAddress = localHost.getHostAddress();System.out.println(hostAddress);System.out.println(localAddress);System.out.println("=======================");// 5. 根据InetAddress对象，获取对应主机的主机名/域名（最终获取到的结果取决于主机的配置）String baiduHostName = baiduHost.getHostName();String hostName = localHost.getHostName();System.out.println(baiduHostName);System.out.println(hostName);System.out.println("=======================");} catch (UnknownHostException e) {throw new RuntimeException(e);}}}

​ 运行结果 :

• Socket :

​ 1° 概述 :

​ Socket在网络编程中被称为“套接字”；Socket在开发网络应用程序中被广泛采用，因此成为了事实上的标准。

​ Socket是两台机器间实现通信的端点（比喻为"接口"），通信的两端都要有Socket。网络通信其实就是Socket间的通信。

​ 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于客户端；等待通信请求的属于服务端。（客户端程序和服务端程序一般位于不同的主机上）。

​ 服务端要先运行起来, 等待客户端的连接。

​ 2° 代码演示 :

​ eg1 : 客户端连接服务端

​ Server_01代码如下 :

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**TCP InputStream / OutputStream No.1*/
public class Server_01 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.ServerSocket可以监听指定的端口（要求该端口没有被其他服务端程序监听）ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);System.out.println("服务端正监听6666端口，等待连接中......");//2.当有客户端连接被监听的端口时，返回Socket对象，程序继续运行。/*ServerSocket可通过accept方法返回多个Socket对象，适用于多个服务器连接客户端时的并发。*/Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("Server's socket = " + socket);//3.若有客户端成功连接该服务端，读取客户端写入到数据通道中的数据, 并显示在控制台InputStream inputStream = socket.getInputStream(); byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = inputStream.read(buffer)) != -1) {System.out.println(new String(buffer, 0, len));}//4.必须关闭流（服务端比客户端多关一个）byteArrayOutputStream.close();inputStream.close();socket.close();serverSocket.close();}
}

​ Client_01代码如下 :

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
/**TCP InputStream / OutputStream No.1*/
public class Client_01 {public static void main(String[] args) throws IOException {/*1.通过“IP + 端口” 连接服务端。2.若连接成功，返回Socket对象。*/Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 6666);System.out.println("Client's socket = " + socket);/*3.连接成功后，通过Socket类对象的getOutputStream()方法，获取和socket对象关联的字节输出流对象。*/OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();/*4.利用获取到的的字节输出流对象，将指定内容输出到数据传输流中。*/outputStream.write("Cyan_RA9".getBytes());  //一次写入一个字节数组System.out.println("客户端退出......");//5.必须关闭流。outputStream.close();socket.close();}
}

​ 运行效果 :

​ eg2 : 结束标记

​ Server_02代码如下 :

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**TCP InputStreamReader / OutputStreamWriter No.2*/
public class Server_02 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.设置服务端程序的监听端口为8888ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);System.out.println("服务端程序正在监听8888端口，等待客户端连接......");//2.当有客户端连接成功时，通过accept方法返回Socket类对象Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("Server's socket = " + socket);//3.获取与socket对象关联的字节输入流对象，并利用转换流将其转换为字符输入流。InputStream inputStream = socket.getInputStream();InputStreamReader isr = new InputStreamReader(inputStream);//4.利用转换得到的字符输入流，读取客户端写入到数据通道中的数据。int data;while ((data = isr.read()) != -1) {System.out.print((char)data);}//5.获取与socket对象关联的字节输出流对象，并利用转换流将其转换为字符输出流。OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(outputStream);//6.利用转换得到的字符输出流对象，将数据写入到数据通道中。osw.write("Hello, Client? ");//若使用字符流，需要使用flush方法手动刷新，否则数据无法写入数据通道！osw.flush();socket.shutdownOutput();    //设置写入结束标记//7.关闭流osw.close();isr.close();socket.close();serverSocket.close();System.out.println("\n服务端退出......");}
}

​ Client_02代码如下 :

package csdn.advanced.netEX.tcp_2;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
/**TCP InputStreamReader / OutputStreamWriter No.2*/
public class Client_02 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.通过“IP + 端口”连接服务端，若连接成功，返回Socket类对象Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);System.out.println("Client's socket = " + socket);//2.获取与socket对象关联的字节输出流对象，并利用转换流，将其转换为字符输出流。OutputStreamWriter osw =new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());/*** 也可以使用BufferedWriter再包装一层,* 使用处理流之后，可以使用newLine方法作为结束的标志，但要求读取使用readLine方法。*  *///3.利用转换得到的字符输出流对象，向数据通道中写入数据。osw.write("Hello, Server?");osw.flush();/*若使用字符流，需要使用flush方法手动刷新，否则数据无法写入数据通道！shutdownOutput() 方法可以告诉服务端，发送的信息到此为止了。*/socket.shutdownOutput();//4.获取与socket对象关联的字节输入流对象，并利用转换流，将其转换为字符输入流。InputStreamReader isr =new InputStreamReader(socket.getInputStream());//5.利用转换得到的字符输入流对象，读取服务端写入到数据通道中的数据。char[] data = new char[1024];int cnt;while ((cnt = isr.read(data)) != -1) {String string = new String(data, 0, cnt);System.out.println(string);}//6.关闭流isr.close();//osw.close();socket.close();System.out.println("客户端退出......");}
}

​ 运行结果 :

​ eg3 : 网络传输文件

​ *以传入某图片为例*，如下所示 :

​ Server_03类代码如下 :

package csdn.advanced.netEX.tcp_3;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**TCP --- network transmissionadvanced --- BufferedXxx*/
public class Server_03 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.客户端监听端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);System.out.println("服务端正监听7777端口，等待客户端连接...");Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("Server's socket = " + socket);//2.获取与socket对象关联的字节输入流，读取客户端写入到数据通道中的数据。InputStream inputStream = socket.getInputStream();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//4.步骤BufferedOutputStream bos =new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\JAVA\\IDEA\\fileEX\\demo2.jpg"));byte[] data = new byte[1024];int cnt;//3.将读取到的图片写入到本地while ((cnt = inputStream.read(data)) != -1) {bos.write(data, 0, cnt);}//4.向客户端发送“收到图片”，并退出服务端。outputStream.write("Received the picture".getBytes());socket.shutdownOutput();    //结束标记//5.不要忘记关闭流（后打开的流先关闭）bos.close();outputStream.close();inputStream.close();socket.close();serverSocket.close();System.out.println("服务端退出...");}
}

​ Client_03类代码如下 :

package csdn.advanced.netEX.tcp_3;
import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
/*** TCP --- network transmission*/
public class Client_03 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.通过“IP + 端口”，连接服务端。Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 7777);System.out.println("Client's socket = " + socket);//2.向服务端发送一张图片(把从客户端读取到的文件写入到数据通道中)BufferedInputStream bis =new BufferedInputStream(new FileInputStream("D:\\JAVA\\IDEA\\fileEX\\demo.jpg"));InputStream inputStream = socket.getInputStream();//3.步骤OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();byte[] data = new byte[1024];int cnt;while ((cnt = bis.read(data)) != -1) {outputStream.write(data, 0, cnt);}socket.shutdownOutput();    //结束标记//3.获取与socket对象关联的字节输入流，读取服务端写入到数据通道中的信息byte[] message = new byte[1024];while ((cnt = inputStream.read(message)) != -1) {String s = new String(message, 0, cnt);System.out.println(s);}//4.关闭流，客户端退出outputStream.close();inputStream.close();bis.close();socket.close();System.out.println("客户端退出...");}
}

​ 运行效果 :

​ 3. netstat:

​ netstat -an 指令可以查看当前网络情况，包括端口监听和网络连接情况；

​ netstat -an | more 指令可以分页查看当前网络情况（按下空格翻页，直到显示完毕，也可以通过Ctrl + c快捷键直接退出指令）。

​ netstat 指令需要在DOS系统下执行（小黑框）。

​ 如下图所示 :

​ 其中——

​ ① Proto = Protocol，表示当前端口的协议。

​ ② Local Address 和 Foreign Address 分别表示本机地址（服务端）和外部地址（客户端）， 前四位表示IP，第五位表示监听的端口。

​ ③ State表示状态，Listening 表示当前程序正在指定端口进行监听，等待客户端连接Established 表示当前程序监听的端口已有客户端连接。

​ 如果想查看正在监听端口的具体程序，需要使用管理员权限运行DOS，然后使用 netstat -anb 指令，如下图所示 :

​ PS : 在客户端与服务端连接期间调用 netstatn 指令，可以得到结论——

​ 当客户端连接到服务器端后，实际上客户端也是通过一个端口与服务端进行通讯的，这个端口是 TCP/IP 协议来自动分配的。

​ 4. UDP网络通信 :

​ DatagramSocket类 和 DatagramPacket(数据报)类 实现了基于UDP协议的网络通讯。UDC数据报是通过 DatagramSocket 套接字的 send 和 receive 方法来进行发送和接收的；系统不保证数据报具体的发送情况。（一个数据报最大64kb）

​ DatagramPacket对象中封装了数据报，其中包含了数据、发送端的IP + 端口以及接收端的IP + 端口。正因为每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此UDP无需像TCP一样建立连接。DatagramPacket类构造器如下 :

​ PS :

​ 1° 在UDP网络通信中不再有服务端和客户端的概念，而是数据的发送端和接收端，并且发送端和接收端不是固定的。

​ 2° UDP编程中，接收数据(receive) 和 发送数据(send) 是通过DatagramSocket对象来完成的。

​ 3° 在发送数据时，会先将数据打包到DatagramPacket对象中；在接收数据时，需要先对DatagramPacket对象进行拆包。(拆包——getLength()，getData()，String带参构造)

​ 4° DatagramPacket对象可以指定端口来接收数据。

​ 5° 最后需要关闭DatagramSocket。

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class UdpClientDemo01 {public static void main(String[] args) {try {// 1.建立一个SocketDatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();// 2.建个包String msg = "你好啊,服务器!";DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(msg.getBytes(),0,msg.getBytes().length,InetAddress.getLocalHost(),9999);// 3.发送包datagramSocket.send(datagramPacket);datagramSocket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;public class UdpServerDemo01 {public static void main(String[] args) {try {// 开放端口DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(9999);// 接收数据包byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);datagramSocket.receive(datagramPacket);System.out.println(datagramPacket.getAddress().getHostAddress());System.out.println(new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength()));// 关闭连接datagramSocket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}