[Socket/计算机网络] Java Socket编程：基础篇

1 计算机网络的核心概念

网络通信

概念:两台设备之间通过网络实现数据传输

2.网络通信:将数据通过网络从一台设备传输到另一台设备

java.net包下提供了一系列的类或接口，供程序员使用，完成网络通信

网络

概念:两台或多台设备通过一定物理设备连接起来构成了网络
根据网络的覆盖范围不同，对网络进行分类:

局域网: 覆盖范围最小，仅仅覆盖一个教室或一个机房
城域网:覆盖范围较大，可以覆盖一个城市
广域网:覆盖范围最大，可以覆盖全国，甚至全球，万维网是广域网的代表

IP地址

概念: 用于唯一标识网络中的每台计算机/主机
查看ip地址: ipconfig
ip地址的表示形式:点分十进制 xx.xx.xx.xx
每一个十进制数的范围: 0~255
ip地址的组成=网络地址+主机地址，比如: 192.168.16.69
lPv6是互联网工程任务组设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址
由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍
待完善的核心概念：

IP / Hostname / 域名 / DNS 4者的关系

网络号

网段

子网掩码

IPv4地址的分类

参见: [网络] IP地址的内外网判别与分类(IPv4) - 博客园/千千寰宇

域名

如 www.baidu.com，将ip映射到域名上，访问域名就是访问ip
好处:为了方便记忆，解决记ip的困难

端口号

概念: 用于标识计算机上某个特定的网络程序
表示形式: 以整数形式，端口范围0~65535 [2个字节表示端口 0~2^16-1]
0~1024已经被占用, 比如 ssh 22, ftp 21, smtp 25 http 80
常见的网络程序端口号:

tomcat : 8080

mysql : 3306

oracle : 1521

sqlserver : 1433

ssh : 22

网络通信协议

TCP/IP协议

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的简写, 中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet最基本的协议、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协议组成的。

TCP协议: 传输控制协议

使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
传输前，采用“三次握手"方式，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

UDP协议: 用户数据协议

将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
每个数据报的大小限制在64K内,不适合传输大量数据
因无需连接，故是不可靠的
发送数据结束时无需释放资源(因为不是面向连接的)，速度快
举例: 发短信

2 Java Socket 概念及API

2.1 InetAddress

Method API

获取本机InetAddress对象 getLocalHost

根据指定主机名/域名获取ip地址对象 getByName

获取InetAddress对象的主机名 getHostName

获取InetAddress对象的地址 getHostAddress

/*
 * 演示InetAddress类的使用
 */
public class APITest {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {

        // 1.获取本机的InetAddress对象
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost); // LAPTOP-RVFFB7FM/192.168.23.1

        // 2.根据机器的名字获取InetAddress对象
        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("C20432");
        System.out.println(inetAddress);// LAPTOP-RVFFB7FM/192.168.23.1

        // 3.根据域名返回InetAddress对象，比如www.baidu.com
        InetAddress inetAddress1 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(inetAddress1);// www.baidu.com/120.232.145.185

        // 4.根据InetAddress对象，获取对应的ip地址
        String address = inetAddress1.getHostAddress();
        System.out.println(address);// 120.232.145.185

        // 5.通过InetAddress对象，获取对应的主机名
        String hostName = inetAddress1.getHostName();
        System.out.println(hostName);// www.baidu.com
    }
}

2.2 Socket

套接字(Socket)开发网络应用程序被广泛采用，以至于成为事实上的网络编程、网络通信标准
通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点，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客户端，等待通信请求的为服务端

3 TCP网络编程

基于客户端一服务端的网络通信，底层使用的是TCP/IP协议
应用场景举例: 客户端发送数据，服务端接受并显示控制台
基于Socket的TCP编程

3.1 案例：使用字节流(Client发 + Server收)

编写1个Server端、1个 Client端。
Server 端: 在 9999 端口监听
Client 端: 连接到 Server 端，发送 "Hello, Server"，然后退出
Server 端: 接收到 Client 端发送的信息，输出，并退出。

Server端

public class SocketTCP01Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.在9999端口监听，等待链接
        //  细节：要求该端口没有其他人监听
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
 
        System.out.println("服务端，在9999端口监听，等待连接...");
        // 2.如果没有客户端连接9999端口，该方法会阻塞等待连接
        // 如果有连接，返回一个socket
        Socket socket = serverSocket.accept();
 
        System.out.println(socket.getClass());
        // 3.通过socket.getInputStream() 读取
        // 客户端写入到数据通道的数据，显示
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while((readLen = inputStream.read(bytes)) != -1) {
            System.out.println(new String(bytes, 0, readLen));
        }
        // 4.关闭流
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
        System.out.println("服务端退出...");
     }
}

Client端

public class SocketTCP01Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.连接9999端口，连接成功返回一个socket
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        // 2.连接上后，生成socket，通过socket.getOutputStream()
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        // 3.输出信息
        outputStream.write("hello, socket".getBytes());
        // 4.关闭流和连接，节省资源
        outputStream.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出...");
    }
}

3.2 案例：使用字节流(Client发/收 + Server收/回)

编写1个 Server 端、1个 Client 端
Server 端 : 在9999端口监听
Client 端 : 连接到 Server 端，发送 "hello, server"，并接收服务器端回发的 "hello, Client"，再退出
Server 端 : 接收到 Client 端发送的信息，输出；并发送 "hello , client"，再退出

3.2.1 Server 端

public class SocketTCP02Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        Socket socket = serverSocket.accept();
 
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while((readLen = inputStream.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLen));
        }
 
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("hello Client".getBytes());
        // 设置结束标记
        socket.shutdownOutput();
        outputStream.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

3.2.2 Client 端

public class SocketTCP02Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("hello Server".getBytes());
        // 设置结束标记, socket.close()也做了同样的事情
        // 但是因为我们下面还有获取数据通道信息，因此不能关闭，只能shutdownOutput()
        socket.shutdownOutput();
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while((readLen = inputStream.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLen));
        }
 
        outputStream.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
    }
}

3.3 案例：使用字符流(Client发/收 + Server收/回)

编写1个 Server 端、1个 Client 端
Server 端 : 在9999端口监听
Client 端 : 连接到 Server 端，发送 "Hello, server"，并接收服务器端回发的 "Hello, Client"，再退出
Server 端 : 接收到 Client 端发送的信息，输出；并发送 "hello , client"，再退出

3.3.1 Server 端

public class SocketTCP03Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        Socket socket = serverSocket.accept();
 
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        // IO读取，使用字符流输入，使用InputStreamReader将InputStream转化为字符流
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        String s = reader.readLine();
        System.out.println(s);
 
        // 字符流方式的输出
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        writer.write("hello Client 字符流");
        writer.newLine(); // 插入一个换行符，代表写入的内容结束
        writer.flush(); // 字符流需要手动刷新，否则数据不会写入数据通道
 
        reader.close();
        writer.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

3.3.2 Client 端

public class SocketTCP03Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        // 通过输出流，转换为字符流
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        writer.write("hello Server 字符流");
        writer.newLine(); // 插入一个换行符，代表写入的内容结束
        writer.flush(); // 字符流需要手动刷新，否则数据不会写入数据通道
 
 
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        String s = reader.readLine();
        System.out.println(s);
 
        reader.close();
        writer.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出...");
    }
}

3.4 案例：使用字符流(Client发[图片]/收[文本] + Server收&存[图片]/回[文本])

编写1个 Server 端、1个 Client 端
Server 端 : 在8888端口监听
Client 端 : 连接到 Server 端，发送 1张图片 e:\\qie.png
Server 端 : 接收到 Client 端发送的图片，保存到 src 下，发送 "收到图片"，再退出
Client 端 : 接收到 Server 端发送的"收到图片"，再退出

3.4.0 StreamUtils

/**
 * 此类用于演示关于流的读写方法
 *
 */
public class StreamUtils {
	/**
	 * 功能：将输入流转换成byte[]， 即可以把文件的内容读入到byte[]
	 * @param is
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] streamToByteArray(InputStream is) throws Exception{
		ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();//创建输出流对象
		byte[] b = new byte[1024];//字节数组
		int len;
		while((len=is.read(b))!=-1){//循环读取
			bos.write(b, 0, len);//把读取到的数据，写入bos	
		}
		byte[] array = bos.toByteArray();//然后将bos 转成字节数组
		bos.close();
		return array;
	}
	/**
	 * 功能：将InputStream转换成String
	 * @param is
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String streamToString(InputStream is) throws Exception{
		BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
		StringBuilder builder= new StringBuilder();
		String line;
		while((line=reader.readLine ())!=null){
			builder.append(line+"\r\n");
		}
		return builder.toString();	
	}
}

3.4.1 Server 端

public class TCPFileUploadServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        // 等待连接
        Socket socket = serverSocket.accept();
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(inputStream);
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        String destFilePath = "src\\a.jpg";
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(destFilePath));
        bos.write(bytes);
        bos.close();
        // 向客户端回复“收到图片”
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
        writer.write("收到图片");
        writer.flush();
        writer.close();
        bis.close();
        socket.close();
    }
}

3.4.2 Client 端

public class TCPFileUploadClient {
    public static void main(String[] args) throws  Exception{
        // 客户端连接服务端8888端口，得到socket对象
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);
        // 读取本地的文件转换为字节数组
        String filePath = "D:\\image\\a.jpg";
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fileInputStream);
        // 该字节数组就是文件
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//        outputStream.write(bytes);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(outputStream);
        bos.write(bytes);
        
        socket.shutdownOutput(); // 写入数据的结束标记
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        String s = reader.readLine();
        System.out.println(s);
        reader.close();
        bos.close();
        bis.close();
        socket.close();
    }
}

4 UDP网络编程

4.1 基本介绍

类 DatagramSocket 和 DatagramPacket[数据包/数据报]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，也不能确定什么时候可以抵达。
DatagramPacket 对象封装了UDP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，因此无须建立发送方和接收方的连接

4.2 基本流程

核心的两个类/对象 DatagramSocket与DatagramPacket
建立发送端，接收端(没有服务端和客户端概念)
发送数据前，建立数据包/报 DatagramPacket对象
调用DatagramSocket的发送、接收方法
关闭DatagramSocket

4.3 案例：约吃火锅(发送端发/收 + 接收端收/发)

编写1个接收端A和1个发送端B
接收端 A : 在 9999 端口等待接收数据(receive)
发送端 B : 向接收端A发送数据 "hello, 明天吃火锅~"
接收端 A : 接收到发送端B发送的数据，回复 "好的，明天见"，再退出
发送端 B : 接收A回复的数据，再退出

4.3.1 发送端 B

public class UDPSenderB {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 1.创建一个DatagramSocket，监听9998端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);
        // 2.创建DatagramPacket，接收数据
        byte[] data = "你好，明天吃火锅".getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, 0, data.length, InetAddress.getByName("192.168.23.1"), 9999);
        // 3.发送数据
        socket.send(packet);
 
        // 接收消息
        data = new byte[1024];
        packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        socket.receive(packet);
        int length = packet.getLength();
        data = packet.getData();
        String msg = new String(data, 0, length);
        System.out.println(msg);
        // 4.关闭资源
        socket.close();
    }
}

4.3.2 接收端 A

public class UDPReceiverA {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 1.创建一个DatagramSocket对象，监听9999端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
        // 2.构建一个DatagramPacket，准备接受数据
        byte[] data = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        // 3.接收数据，如果没有数据则堵塞，接收到的数据存放在packet中
        System.out.println("接收端A等待接收数据...");
        socket.receive(packet);
        // 4.接收完数据转化为String并输出
        int length = packet.getLength();
        data = packet.getData();
        String msg = new String(data, 0, length);
        System.out.println(msg);
 
        // 回复消息
        data = "好的，明天见".getBytes();
        packet = new DatagramPacket(data, 0, data.length, InetAddress.getByName("192.168.23.1"), 9998);
        socket.send(packet);
        // 5.关闭资源
        socket.close();
 
    }
}

4.4 案例：问答(Client发/收 + Server收/发)

使用字符流的方式，编写1个客户端程序和服务端程序
Client 端 : 发送 "name" ;
Server 端 : 接收到 "name"后，返回 "我是 nova"
Client 端 : 发送 "What is your hobby"
Server 端 : 接收到后，返回 "编写java程序"。

若不是这2个问题，则 Server 回复“你说啥呢？”

4.4.1 Server

public class HomeWork01Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        System.out.println("服务器等待接收消息...");
 
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
        byte[] data = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        socket.receive(packet);
 
        int length = packet.getLength();
        data = packet.getData();
        String msg = new String(data, 0, length);
        System.out.println(msg);
        String returnMsg = "";
        if("name".equals(msg)) {
            returnMsg = "我是nova";
        } else if("hobby".equals(msg)){
            returnMsg = "编写java程序";
        } else {
            returnMsg = "你说啥呢";
        }
        data = returnMsg.getBytes();
        packet = new DatagramPacket(data, 0, data.length, InetAddress.getByName("192.168.23.1"), 9998);
        socket.send(packet);
 
        socket.close();
    }
}

4.4.2 Client

public class HomeWork01Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        System.out.println("请输入您的消息:");
 
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String msg = sc.next();
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);
        byte[] data = msg.getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, 0, data.length, InetAddress.getByName("192.168.23.1"), 9999);
        socket.send(packet);
 
        data = new byte[1024];
        packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        socket.receive(packet);
        int length = packet.getLength();
        data = packet.getData();
        System.out.println(new String(data, 0, length));
 
    }
}

4.5 案例：我要听音乐(Client发[文本]/收[文件] + Server收[文本]/回[文件])

编写客户端程序和服务器端程序
Client 端：可以输入1个音乐文件名，如：高山流水
Server 端：收到音乐名后，可以给客户端返回这个音乐文件。如果服务器没有这个文件，则返回 1个默认的音乐即可。
Client 端：收到音乐文件后，保存到本地 e:\

4.5.1 Server

public class HomeWork03Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        System.out.println("服务端监听9999端口，等待接收文件名...");
        // 1.创建一个socket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 2.接收传递过来的文件名
        Socket socket = serverSocket.accept();
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        // 这里使用了while循环，是考虑客户端可能发送的文件名较大的情况
        byte[] buf = new byte[1024];
        int len = 0;
        String downLoadFileName = "";
        while((len = inputStream.read(buf)) != -1) {
            downLoadFileName += new String(buf, 0, len);
        }
 
        System.out.println("客户端希望下载的文件名: " + downLoadFileName);
        // 3.确定文件名
        // 如果客户端要求下载高山流水，则获取文件流返回，否则，返回无名mp3
        String filePath = "";
        if("高山流水".equals(downLoadFileName)) {
            filePath = "src//高山流水.mp3";
        } else {
            filePath = "src//无名.mp3";
        }
        // 4.获取文件输入流并转化为字节数组
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filePath));
        byte[] data = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        // 5.获取socket输出流并写出数据
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        bos.write(data);
        socket.shutdownOutput();
        // 6.关闭资源
        bos.close();
        bis.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
 
        System.out.println("服务端传输文件完毕，退出");
    }
}

4.5.2 Client

public class HomeWork03Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        System.out.println("请输入下载的文件名：");
        // 1.获取用户输入的文件名
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String fileName = sc.next();
        // 2.创建连接
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        // 3.获取socket关联的输出流并写出
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write(fileName.getBytes());
        //   设置写入结束的标记
        socket.shutdownOutput();
        // 4.获取输入流并转化为字节数组
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
        byte[] data = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
 
        // 5.获取写出流，将文件写入磁盘
        String fileNamePath = "src//com//hspedu/homework//" + fileName + ".mp3";
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(fileNamePath));
        bos.write(data);
 
        // 6.关闭资源
        outputStream.close();
        bos.close();
        bis.close();
        socket.close();
 
        System.out.println("文件下载完毕，退出");
 
    }
}

X 参考文献

Java——TCP UDP Socket编程 - CSDN

posted @ 2024-04-01 21:19 千千寰宇阅读(7) 评论(0) 编辑收藏举报

会员力量，点亮园子希望

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千千寰宇

大数据与Java软件开发从业者，数智化转型实践者。

[Socket/计算机网络] Java Socket编程：基础篇

1 计算机网络的核心概念

网络通信

网络

IP地址

IPv4地址的分类

域名

端口号

网络通信协议

TCP协议: 传输控制协议

UDP协议: 用户数据协议

2 Java Socket 概念及API

2.1 InetAddress

2.2 Socket

3 TCP网络编程

3.1 案例：使用字节流(Client发 + Server收)

Server端

Client端

3.2 案例：使用字节流(Client发/收 + Server收/回)

3.2.1 Server 端

3.2.2 Client 端

3.3 案例：使用字符流(Client发/收 + Server收/回)

3.3.1 Server 端

3.3.2 Client 端

3.4 案例：使用字符流(Client发[图片]/收[文本] + Server收&存[图片]/回[文本])

3.4.0 StreamUtils

3.4.1 Server 端

3.4.2 Client 端

4 UDP网络编程

4.1 基本介绍

4.2 基本流程

4.3 案例：约吃火锅(发送端 发/收 + 接收端 收/发)

4.3.1 发送端 B

4.3.2 接收端 A

4.4 案例：问答(Client发/收 + Server收/发)

4.4.1 Server

4.4.2 Client

4.5 案例：我要听音乐(Client发[文本]/收[文件] + Server收[文本]/回[文件])

4.5.1 Server

4.5.2 Client

X 参考文献

公告

4.3 案例：约吃火锅(发送端发/收 + 接收端收/发)