JavaSE-网络编程


第一章:网络编程基础

1.1-软件结构

C/S结构 :全称为Client/Server结构,是指客户端和服务器结构。常见程序有QQ、迅雷等软件。

B/S结构:全称为Browser/Server结构,是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

两种架构各有优势,但是无论哪种架构,都离不开网络的支持。网络编程,就是在一定的协议下,实现两台计算机的通信的程序。

1.2-网络通信协议

网络通信协议:通信协议是对计算机必须遵守的规则,只有遵守这些规则,计算机之间才能进行通信。这就 好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样,协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了

统一规定,通信双方必须同时遵守,最终完成数据交换。

TCP/IP协议: 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol),是

Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。它

的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议,并采用了4层的分层模型,每一层都呼叫它的下一层所提供的

协议来完成自己的需求。

1.3-协议分类

​ 通信的协议还是比较复杂的, java.net 包中包含的类和接口,它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口,来专注于网络程序开发,而不用考虑通信的细节。

  • TCP:传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。TCP协议是面向连接的通信协议,即传输数据之前,

    在发送端和接收端建立逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。

    • 三次握手:TCP协议中,在发送数据的准备阶段,客户端与服务器之间的三次交互,以保证连接的可靠。

      1. 第一次握手,客户端向服务器端发出连接请求,等待服务器确认。
      2. 第二次握手,服务器端向客户端回送一个响应,通知客户端收到了连接请求。
      3. 第三次握手,客户端再次向服务器端发送确认信息,确认连接。整个交互过程如下图所示。
    • 完成三次握手,连接建立后,客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性,TCP协议可以保证传输数据的安全,所以应用十分广泛,例如下载文件、浏览网页等。

  • UDP:用户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时,不需

    要建立连接,不管对方端服务是否启动,直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中,直接发送。每个

    数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议,因为无连接,所以传输速度快,但是容易丢失数据。日常应

    用中,例如视频会议、QQ聊天等。

1.4-网络编程三要素

  1. 协议:计算机网络通信必须遵守的规则,已经介绍过了,不再赘述。

  2. IP地址:

    • 什么是IP地址:指互联网协议地址(Internet Protocol Address),俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话,那么“IP地址”就相当于“电话号码”。

    • IP地址分类:

    • IPv4:是一个32位的二进制数,通常被分为4个字节,表示成 a.b.c.d 的形式,例如 192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数,那么最多可以表示42亿个。

    • IPv6:由于互联网的蓬勃发展,IP地址的需求量愈来愈大,但是网络地址资源有限,使得IP的分配越发紧张。有资料显示,全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。 为了扩大地址空间,拟通过IPv6重新定义地址空间,采用128位地址长度,每16个字节一组,分成8组十六进 制数,表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ,号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

    • 常用命令:

      • 查看本机IP地址,在控制台输入: ipconfig

      • 检查网络是否连通,在控制台输入:

        ping 空格 IP地址
        ping 220.181.57.216
        【特殊的IP地址】
        本机IP地址: 127.0.0.1 、 localhost 。
        
  3. 端口号:

    ​ 网络的通信,本质上是两个进程(应用程序)的通信。每台计算机都有很多的进程,那么在网络通信时,如何区分这些进程呢?

    ​ 如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备,那么端口号就可以唯一标识设备中的进程(应用程序)了。

    ​ 端口号:用两个字节表示的整数,它的取值范围是0-65535。其中,0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用,普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用,会导致当前程序启动失败。

    ​ 利用 协议 + IP地址 + 端口号 三元组合,就可以标识网络中的进程了,那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

第二章:TCP通信程序

2.1-TCP通信程序介绍

​ TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互,通信的两端,要严格区分为客户端(Client)服务端(Server)

  • 两端通信步骤
    1. 服务端程序,需要事先启动,等待客户端的连接。
    2. 客户端主动连接服务器端,连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。
  • 在Java中,提供了两个类用于实现TCP通信程序
    1. 客户端: java.net.Socket 类表示。创建 Socket 对象,向服务端发出连接请求,服务端响应请求,两者建 立连接开始通信。
    2. 服务端: java.net.ServerSocket 类表示。创建 ServerSocket 对象,相当于开启一个服务,并等待客户端 的连接。

2.2-Socket类

Socket 类:该类实现客户端套接字,套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

  • 构造方法:

    • public Socket(String host, int port) :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ,则相当于指定地址为回送地址。

    • 回送地址(127.x.x.x) 是本机回送地址(Loopback Address),主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信,无论什么程序,一旦使用回送地址发送数据,立即返回,不进行任何网络传输。

    • 代码

      Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);
      
  • 成员方法:

    • public InputStream getInputStream() : 返回此套接字的输入流。
      • 如果此Scoket具有相关联的通道,则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。
      • 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。
    • public OutputStream getOutputStream() : 返回此套接字的输出流。
      • 如果此Scoket具有相关联的通道,则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。
      • 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。
    • public void close() :关闭此套接字
      • 一旦一个socket被关闭,它不可再使用。
      • 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。
    • public void shutdownOutput() : 禁用此套接字的输出流
      • 任何先前写出的数据将被发送,随后终止输出流。

2.3-ServerSocket类

ServerSocket 类:这个类实现了服务器套接字,该对象等待通过网络的请求。

  • 构造方法:public ServerSocket(int port) :使用该构造方法在创建ServerSocket对象时,就可以将其绑定到一个指 定的端口号上,参数port就是端口号。

    • 代码

      ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
      
  • 成员方法:public Socket accept() :侦听并接受连接,返回一个新的Socket对象,用于和客户端实现通信。该方法 会一直阻塞直到建立连接。

2.4-简单的TCP网络程序

  • TCP通信分析图解

    1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象,等待连接。

    2. 【客户端】启动,创建Socket对象,请求连接。

    3. 【服务端】接收连接,调用accept方法,并返回一个Socket对象。

    4. 【客户端】Socket对象,获取OutputStream,向服务端写出数据。

    5. 【服务端】Scoket对象,获取InputStream,读取客户端发送的数据。

    6. 【服务端】Socket对象,获取OutputStream,向客户端回写数据。

    7. 【客户端】Scoket对象,获取InputStream,解析回写数据。

    8. 【客户端】释放资源,断开连接。

  • **客户端向服务器发送数据 **

    • 服务端代码

      public static void main(String[] args) throws IOException {
          System.out.println("启动服务端...");
          // 1. 创建ServerSocket对象
          ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
          // 2. 接收客户端的socket对象
          Socket socket = server.accept();
          // 3. 创建字节输入流对象
          InputStream is = socket.getInputStream();
          // 4. 读取数据
          int len = 0;
          byte[]bts = new byte[1024];
          len = is.read(bts);
          System.out.println(new String(bts,0,len));
          // 关闭网络流
          is.close();
          // 关闭socket
          socket.close();
      
        }
      
    • 客户端代码

      public static void main(String[] args) throws IOException {
          System.out.println("启动客户端");
          // 1. 创建Socket对象
          Socket sk = new Socket("127.0.0.1",6666);
          // 2. 创建字节网络流输出对象
          OutputStream os = sk.getOutputStream();
          // 3. 输出内容
          os.write("你好哈,服务端大大".getBytes());
          // 关闭网络流
          os.close();
          // 关闭socket
          sk.close();
        }
      
  • 服务器向客户端回写数据

  • 服务端代码

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("启动服务端...");
        // 1. 创建ServerSocket对象
        ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
        // 2. 接收客户端的socket对象
        Socket socket = server.accept();
        // 3. 创建字节输入流对象
        InputStream is = socket.getInputStream();
        // 4. 读取数据
        int len = 0;
        byte[]bts = new byte[1024];
        len = is.read(bts);
        System.out.println(new String(bts,0,len));
        // 【-------服务端回写数据--------】
        // 1. 创建输出网络流
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        // 2. 写入内容
        os.write("我很好,谢谢,思密达".getBytes());
        // 关闭socket
        socket.close();
        server.close();
    
      }
    
  • 客户端代码

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("启动客户端");
        // 1. 创建Socket对象
        Socket sk = new Socket("127.0.0.1",6666);
        // 2. 创建字节网络流输出对象
        OutputStream os = sk.getOutputStream();
        // 3. 输出内容
        os.write("你好哈,服务端大大".getBytes());
        // 【解析服务端的回应】
        // 1. 创建输入网络流
        InputStream is = sk.getInputStream();
        // 2. 读取数据
        int len = 0;
        byte[]bs = new byte[1024];
        len = is.read(bs);
        System.out.println(new String(bs,0,len));
        // 关闭socket
        sk.close();
      }
    

第三章:文件上传

3.1-文件上传分析图

3.2-基本实现

  • 服务端代码

      public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("启动服务端...");
        // 1. 创建SeverSocket对象,用来处理客户端请求
        ServerSocket sever = new ServerSocket(6666);
        // 2. 获取socket对象,用来处理请求
        Socket socket = sever.accept();
        // 3. 创建本地输入流对象,用来读取客户端发送的数据
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
        // 4. 创建本地输出流对象,把客户端上传的文件写入本地
        String fileName = System.currentTimeMillis() + "" + (new Random().nextInt(99999)) + ".jpg";
        File file = new File("d:\\upload");
        if(!file.exists()){
          file.mkdirs();
        }
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file +"\\"+ fileName));
        // 5. 循环读取客户端数据
        int len = 0;
        byte[]bts = new byte[1024];
        while((len=bis.read(bts))!=-1){
          bos.write(bts,0,len);
        }
        // 关闭资源
        bis.close();
        bos.close();
        socket.close();
        sever.close();
    
      }
    
  • 客户端代码

      public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("启动客户端...");
        // 1. 创建Socket对象,连接服务端
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",6666);
        // 2. 创建本地输入流对象,读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Bruce\\Desktop\\logo\\logo01.png"));
        // 3. 创建网络输出流对象,向服务端传送数据
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        // 4. 定义字节数组,设置每次读取的字节
        int len = 0;
        byte[]bts = new byte[1024];
        // 5. 循环读取本地文件数据,并向服务端输出
        while ((len=bis.read(bts))!=-1){
          bos.write(bts,0,len);
        }
        System.out.println("客户端:文件上传完毕!");
        // 关闭资源
        bis.close();
        bos.close();
        socket.close();
      }
    

3.3-优化分析

  1. 循环接收问题

    • 问题:服务端,指保存一个文件就关闭了,之后的用户无法再上传,这是不符合实际的,使用循环改进,可以不断 的接收不同用户的文件

    • 代码:

      while(true){
      	Socket accept = serverSocket.accept();
      	......
      }
      
      
  2. 效率问题

    • 问题:服务端,在接收大文件时,可能耗费几秒钟的时间,此时不能接收其他用户上传,所以,使用多线程技术优 化

    • 代码:

      while(true){
          Socket accept = serverSocket.accept();
          // accept 交给子线程处理.
          new Thread(() ‐> {
              ......
              InputStream bis = accept.getInputStream();
              ......
          }).start();
      }
      
  3. 代码

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("启动服务端...");
        // 1. 创建SeverSocket对象,用来处理客户端请求
        ServerSocket sever = new ServerSocket(6666);
        while (true){
          new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
              try {
                // 2. 获取socket对象,用来处理请求
                Socket socket = sever.accept();
                // 3. 创建本地输入流对象,用来读取客户端发送的数据
                BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
                // 4. 创建本地输出流对象,把客户端上传的文件写入本地
                String fileName = System.currentTimeMillis() + "" + (new Random().nextInt(99999)) + ".jpg";
                File file = new File("d:\\upload");
                if(!file.exists()){
                  file.mkdirs();
                }
                BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file +"\\"+ fileName));
                // 5. 循环读取客户端数据
                int len = 0;
                byte[]bts = new byte[1024];
                while((len=bis.read(bts))!=-1){
                  bos.write(bts,0,len);
                }
                // 关闭资源
                bis.close();
                bos.close();
                socket.close();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":已经保存到本地!");
              }catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
              }
            }
          }).start();
        }
    
      }
    

3.4-回写实现

  • 图解

  • 代码

    • 服务端

        public static void main(String[] args) throws IOException {
          System.out.println("启动服务端...");
          // 1. 创建SeverSocket对象,用来处理客户端请求
          ServerSocket sever = new ServerSocket(6666);
          while (true){
            new Thread(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                try {
                  // 2. 获取socket对象,用来处理请求
                  Socket socket = sever.accept();
                  // 3. 创建本地输入流对象,用来读取客户端发送的数据
                  BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
                  // 4. 创建本地输出流对象,把客户端上传的文件写入本地
                  String fileName = System.currentTimeMillis() + "" + (new Random().nextInt(99999)) + ".jpg";
                  File file = new File("d:\\upload");
                  if(!file.exists()){
                    file.mkdirs();
                  }
                  BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file +"\\"+ fileName));
                  // 5. 循环读取客户端数据
                  int len = 0;
                  byte[]bts = new byte[1024];
                  while((len=bis.read(bts))!=-1){
                    bos.write(bts,0,len);
                  }
                  // 回写客户端----------------
                  OutputStream os = socket.getOutputStream();
                  os.write("服务器端:已经保存在服务端本地".getBytes());
                  // 关闭资源
                  bis.close();
                  bos.close();
                  os.close();
                  socket.close();
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":已经保存到本地!");
                }catch (IOException e) {
                  e.printStackTrace();
                }
              }
            }).start();
          }
      
        }
      
    • 客户端

        public static void main(String[] args) throws IOException {
          System.out.println("启动客户端...");
          // 1. 创建Socket对象,连接服务端
          Socket socket = new Socket("127.0.0.1",6666);
          // 2. 创建本地输入流对象,读取本地文件
          BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Bruce\\Desktop\\logo\\logo01.png"));
          // 3. 创建网络输出流对象,向服务端传送数据
          BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
          // 4. 定义字节数组,设置每次读取的字节
          int len = 0;
          byte[]bts = new byte[1024];
          // 5. 循环读取本地文件数据,并向服务端输出
          while ((len=bis.read(bts))!=-1){
            bos.write(bts,0,len);
          }
          bos.flush();
          // 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕
          socket.shutdownOutput();
          System.out.println("客户端:文件上传完毕!");
          // 接收服务返回的信息
          InputStream is = socket.getInputStream();
          while ((len=is.read(bts))!=-1){
            System.out.print(new String(bts,0,len));
          }
          // 关闭资源
          is.close();
          bis.close();
          socket.close();
        }
      

第四章:模拟B/S服务器

  • 项目中有一个web项目,我们写服务端代码,然后通过浏览器输入地址127.0.0.1:8888/web/index.html

    访问网页。

  • 代码:

    public class WebSever {
      public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建ServerSocket对象
       ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
       while (true){
         new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
            try{
              // 获取socket对象
              Socket socket = server.accept();
              // 读取接收的内容
              BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
              String line = reader.readLine(); // GET /web/index.html HTTP/1.1
              String path = line.split(" ")[1].substring(1);
              // 创建本地字节输入流
              FileInputStream fis = new FileInputStream("day09_Socket\\" +path);
              // 创建网络输出流
              OutputStream os = socket.getOutputStream();
              // 写入HTTP协议响应头,固定写法
              os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
              os.write("Content‐Type:text/html\r\n".getBytes());
              // 必须要写入空行,否则浏览器不解析
              os.write("\r\n".getBytes());
              int len = 0;
              byte[]bts = new byte[1024];
    
              while((len=fis.read(bts))!=-1){
                os.write(bts,0,len);
              }
              // 关闭资源
              os.close();
              fis.close();
              reader.close();
              socket.close();
            } catch (IOException e){
              e.printStackTrace();
            }
           }
         }).start();
       }
      }
    }
    
  • 页面效果

posted @ 2019-12-09 18:48  雷哒哒  阅读(158)  评论(0编辑  收藏  举报