JavaSE第23篇:网络编程

核心概述:在互联网时代,我们所应用的大部分软件都是基于网络为基础的,那么软件之间是如何通过网络通信的呢?为什么我们通过浏览器输入网址就可以看到网页?本篇我们将会学习网络编程,让我们能够从编程角度更底层的更好的理解软件之间的通信流程。

第一章:网络编程基础

1.1-软件结构(了解)

C/S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

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(了解)

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(了解)

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

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(了解)

协议

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。

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地址的分类:

  • 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 。

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(了解)

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)

两端通信时步骤:

  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:

  • 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。
  • 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(重要)

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。

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(重要)

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

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。

ServerSocket server = new ServerSocket(6666);

成员方法

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(重要)

TCP通信分析

  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

客户端向服务端发送数据

客户端代码

public class ClientTCP {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("客户端 发送数据");
		// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
		Socket client = new Socket("localhost", 6666);
		// 2.获取流对象 . 输出流
		OutputStream os = client.getOutputStream();
		// 3.写出数据.
		os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
		// 4. 关闭资源 .
		os.close();
		client.close();
	}
}

服务端代码

public class ServerTCP {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
        // 1.创建 ServerSocket对象,绑定端口,开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
      	// 4.1 创建字节数组
        byte[] b = new byte[1024];
      	// 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = is.read(b);
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String msg = new String(b, 0, len);
        System.out.println(msg);
        //5.关闭资源.
        is.close();
        server.close();
    }
}

服务端向客户端回写数据

服务端代码

public class ClientTCP {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("客户端 发送数据");
		// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
		Socket client = new Socket("localhost", 6666);
		// 2.通过Scoket,获取输出流对象 
		OutputStream os = client.getOutputStream();
		// 3.写出数据.
		os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
      	// ==============解析回写=========================
      	// 4. 通过Scoket,获取 输入流对象
      	InputStream in = client.getInputStream();
      	// 5. 读取数据数据
      	byte[] b = new byte[100];
      	int len = in.read(b);
      	System.out.println(new String(b, 0, len));
		// 6. 关闭资源 .
      	in.close();
		os.close();
		client.close();
	}
}

客户端代码

public class ServerTCP {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
        // 1.创建 ServerSocket对象,绑定端口,开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
      	// 4.1 创建字节数组
        byte[] b = new byte[1024];
      	// 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = is.read(b);
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String msg = new String(b, 0, len);
        System.out.println(msg);
      	// =================回写数据=======================
      	// 5. 通过 socket 获取输出流
      	 OutputStream out = server.getOutputStream();
      	// 6. 回写数据
      	 out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
      	// 7.关闭资源.
      	out.close();
        is.close();
        server.close();
    }
}

第三章:文件上传案例

3.1-文件上传分析

  1. 【客户端】输入流,从硬盘读取文件数据到程序中。
  2. 【客户端】输出流,写出文件数据到服务端。
  3. 【服务端】输入流,读取文件数据到服务端程序。
  4. 【服务端】输出流,写出文件数据到服务器硬盘中。
  5. 【服务端】获取输出流,回写数据。
  6. 【客户端】获取输入流,解析回写数据。

3.2-客户端程序实现

public static void main(String[] args) throws IOException {
    // 1.创建流对象
    // 1.1 创建输入流,读取本地文件
    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
    // 1.2 创建输出流,写到服务端
    Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
    BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());

    //2.写出数据.
    byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
    int len ;
    while (( len  = bis.read(b))!=-1) {
    	bos.write(b, 0, len);
    }
    // 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕
    socket.shutdownOutput();
    System.out.println("文件发送完毕");
    // 3. =====解析回写============
    InputStream in = socket.getInputStream();
    byte[] back = new byte[20];
    in.read(back);
    System.out.println(new String(back));
    in.close();
    
    // 4.释放资源
    socket.close();
    bis.close();
}

3.3-文件上传单线程服务器实现

public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        // 2. 循环接收,建立连接
        Socket accept = serverSocket.accept();
            /*
             *3. socket对象进行读写操作  
             */
        try {
                //3.1 获取输入流对象
                BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
                //3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
                FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
                BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
                // 3.3 读写数据
                byte[] b = new byte[1024 * 8];
                int len;
                while ((len = bis.read(b)) != -1) {
                    bos.write(b, 0, len);
                }

                // 4.=======信息回写===========================
                System.out.println("back ........");
                OutputStream out = accept.getOutputStream();
                out.write("上传成功".getBytes());
                out.close();
                //================================

                //5. 关闭 资源
                bos.close();
                bis.close();
                accept.close();
                System.out.println("文件上传已保存");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.4-文件上传多线程服务器实现

文件上传的案例中,服务器只能为客户端服务器一次,之后服务器端程序就会结束。而我们必须做到让服务器程序不能结束,时时刻刻都要为客户端服务。而且同时可以为多个客户端提供服务器,做到一个客户端就要开启一个信新的线程。

public static void main(String[] args) throws IOException{
    System.out.println("服务器 启动.....  ");
    // 1. 创建服务端ServerSocket
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
    // 2. 循环接收,建立连接
    while (true) {
        Socket accept = serverSocket.accept();
        /*
        3. socket对象交给子线程处理,进行读写操作
        Runnable接口中,只有一个run方法,使用lambda表达式简化格式
        */
        new Thread(() -> {
            try{
            //3.1 获取输入流对象
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
            //3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
            FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
            // 3.3 读写数据
            byte[] b = new byte[1024 * 8];
            int len;
            while ((len = bis.read(b)) != -1) {
            bos.write(b, 0, len);
            }

            // 4.=======信息回写===========================
            System.out.println("back ........");
            OutputStream out = accept.getOutputStream();
            out.write("上传成功".getBytes());
            out.close();
            //================================

            //5. 关闭 资源
            bos.close();
            bis.close();
            accept.close();
            System.out.println("文件上传已保存");
            } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

3.5-文件上传服务器实现优化

频繁的创建线程会增加系统资源的开销,可以利用线程池进行再次优化。

public static void main(String[] args)  throws IOException{
    System.out.println("服务器 启动.....  ");
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
	//创建10个线程的线程池
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
    while (true) {
        Socket accept = serverSocket.accept();
        //提交线程执行的任务
        executorService.submit(()->{
            try{

            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
            FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
            byte[] b = new byte[1024 * 8];
            int len;
            while ((len = bis.read(b)) != -1) {
            bos.write(b, 0, len);
            }
            System.out.println("back ........");
            OutputStream out = accept.getOutputStream();
            out.write("上传成功".getBytes());
            out.close();
            bos.close();
            bis.close();
            accept.close();
            System.out.println("文件上传已保存");
            } catch (IOException e) {
            	e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

第四章:模拟B/S服务器

模拟网站服务器,使用浏览器访问自己编写的服务端程序,查看网页效果。

4.1-案例分析

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

  • 准备页面数据,web文件夹。
    • 包含网页html文件
    • 包含图片
    • 包含css样式表
  • 我们模拟服务器端,ServerSocket类监听端口,使用浏览器访问,查看网页效果

4.2-HTTP协议

案例中需使用浏览器查看效果,浏览器和服务器之间是遵循HTTP协议的,我们先对HTTP协议进行简单的介绍,在后期JavaWeb相关篇幅中再详解解释。

  • HTTP协议,称为超文本传输协议。
  • 规定了客户端浏览器和服务器之间的协议。
  • HTTP协议是TCP网络通信模型中应用层的协议。
  • 客户端浏览器主动向服务器发起请求,服务器收到后进行响应。
  • 客户端请求
    • 客户端在请求的信息的第一行中,携带了客户端想要请求的资源路径。
  • 服务器端响应
    • 响应中必须告知客户端响应的结果。
    • 200状态码表示响应成功。
    • Content-Type:text/html 告知浏览器响应的内容是文本/网页内容。

4.3-代码实现

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();
   }
  }
}

效果

浏览器输入地址127.0.0.1:8888/web/index.html访问

posted @ 2020-09-10 11:23  雷哒哒  阅读(150)  评论(0编辑  收藏  举报