JAVA 网络编程

1. 网络编程

1. 网络编程

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。

如图所示，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，实现两台计算机通信的程序。

1.2 网络通信协议

网络通信协议是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（最底层的网络接口层划分成了物理层和数据链路层），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 传输层的TCP和UDP协议

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。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：TCP、UDP协议。

1.3.1 TCP协议

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，为保证连接的可靠，客户端与服务器之间进行了三次交互，称为三次握手。

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。
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。
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TCP的交互过程如下图所示：

1.3.2 UDP协议

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

网络编程的三要素为协议、IP地址、端口。

1.4.1 协议

协议：计算机网络通信必须遵守的规则，如网络层的HTTP协议，传输层的TCP、UDP协议等。

1.4.2 IP地址

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。

关于IP地址的常用命令：

//特殊的本机IP地址：127.0.0.1 、 localhost 。
//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

1.4.3 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。

1.5 TCP通信编程

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）与服务端（Server）。

两端通信时步骤：

服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
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。

1.5.1 客户端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。

（1）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。

注意：回送地址(127.x.x.x) 指的是本机回送地址（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。

代码示例：

Socket client = new Socket("127.0.0.1", 8888);

（2）常用方法

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。

1.5.2 服务端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。

（1）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。

示例代码：

ServerSocket server = new ServerSocket(6666);

（2）常用方法

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。

1.5.3 简单的TCP通信程序

实现步骤：

【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。
【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
【客户端】释放资源，断开连接。

服务端实现代码：

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(8888);
        // 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 数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();
    }
}

客户端实现代码：

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", 8888);
        // 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();
    }
}

1.5.4 TCP通信实现多个客户端文件上传