20145240 《Java程序设计》第十周学习总结

20145240 《Java程序设计》第十周学习总结

教材学习内容总结

网络编程

  • 网络编程就是在两个或两个以上的设备(例如计算机)之间传输数据。

  • 程序员所作的事情就是把数据发送到指定的位置，或者接收到指定的数据，这个就是狭义的网络编程范畴。

  • 在发送和接收数据时，大部分的程序设计语言都设计了专门的API实现这些功能，程序员只需要调用即可。

13.1 网络概述

  • 网络编程技术是当前一种主流的编程技术，随着联网趋势的逐步增强以及网络应用程序的大量出现，所以在实际的开发中网络编程技术获得了大量的使用。

13.1.1 计算机网络概述

  • 网络编程的实质就是两个(或多个)设备(例如计算机)之间的数据传输。

  • 按照计算机网络的定义，通过一定的物理设备将处于不同位置的计算机连接起来组成的网络，这个网络中包含的设备有：计算机、路由器、交换机等等。

  • 路由器和交换机组成了核心的计算机网络，计算机只是这个网络上的节点以及控制等，通过光纤、网线等连接将设备连接起来，从而形成了一张巨大的计算机网络。

  • 网络最主要的优势在于共享：共享设备和数据。

  • 为了能够方便的识别网络上的每个设备，网络中的每个设备都会有一个唯一的数字标识，这个就是IP地址。在计算机网络中,现在命名IP地址的规定是IPv4协议，该协议规定每个IP地址由4个0-255之间的数字组成。

  • 但是由于IP地址不容易记忆，所以为了方便记忆，有创造了另外一个概念——域名(Domain Name)，例如sohu.com等。一个IP地址可以对应多个域名，一个域名只能对应一个IP地址。

  • 在网络中传输的数据，全部是以IP地址作为地址标识，所以在实际传输数据以前需要将域名转换为IP地址，实现这种功能的服务器称之为DNS服务器，也就是通俗的说法叫做域名解析。

  • 当DNS服务器正常工作时，使用IP地址或域名都可以很方便的找到计算机网络中的某个设备，例如服务器计算机。

  • 当DNS不正常工作时，只能通过IP地址访问该设备。所以IP地址的使用要比域名通用一些。

  • 有了端口的概念以后，一个计算机上可以并发运行多个网络程序，而不会在互相之间产生干扰。

  • 在硬件上规定，端口的号码必须位于0-65535之间，每个端口唯一的对应一个网络程序，一个网络程序可以使用多个端口。

13.1. 2 网络编程概述

  • 网络编程就是两个或多个设备之间的数据交换，其实更具体的说，网络编程就是两个或多个程序之间的数据交换，和普通的单机程序相比，网络程序最大的不同就是需要交换数据的程序运行在不同的计算机上，这样就造成了数据交换的复杂。虽然通过IP地址和端口可以找到网络上运行的一个程序，但是如果需要进行网络编程，则还需要了解网络通讯的过程。

  • 网络通讯基于“请求-响应”模型。

  • 在网络通讯中，第一次主动发起通讯的程序被称作客户端(Client)程序，简称客户端，而在第一次通讯中等待连接的程序被称作服务器端(Server)程序，简称服务器。一旦通讯建立，则客户端和服务器端完全一样，没有本质的区别。

  • 使用C/S结 构的程序，在开发时需要分别开发客户端和服务器端，这种结构的优势在于由于客户端是专门开发的，所以根据需要实现各种效果，专业点说就是表现力丰富，而服 务器端也需要专门进行开发。但是这种结构也存在着很多不足，例如通用性差，几乎不能通用等，也就是说一种程序的客户端只能和对应的服务器端通讯，而不能和 其它服务器端通讯，在实际维护时，也需要维护专门的客户端和服务器端，维护的压力比较大。

  • 使用B/S结构的程序，在开发时只需要开发服务器端即可，这种结构的优势在于开发的压力比较小，不需要维护客户端。但是这种结构也存在着很多不足，例如浏览器的限制比较大，表现力不强，无法进行系统级操作等。

  • 总之C/S结构和B/S结构是现在网络编程中常见的两种结构，B/S结构其实也就是一种特殊的C/S结构。

  • P2P(Point to Point)程序，常见的如BT、电驴等。P2P程序是一种特殊的程序，应该一个P2P程序中既包含客户端程序，也包含服务器端程序，例如BT，使用客户端程序部分连接其它的种子(服务器端)，而使用服务器端向其它的BT客户端传输数据。

  • 那么如何来编写协议格式呢？答案是随意。只要按照这种协议格式能够生成唯一的编码，按照该编码可以唯一的解析出发送数据的内容即可。也正因为各个网络程序之间协议格式的不同，所以才导致了客户端程序都是专用的结构。

  • 在实际的网络程序编程中，最麻烦的内容就是协议的设计以及协议的生产和解析，这个才是网络编程中最核心的内容。

13.1.3 网络通讯方式

  • 在现有的网络中，网络通讯的方式主要有两种：

      1、 TCP(传输控制协议)方式
  2、 UDP(用户数据报协议)方式

  • 在网络通讯中，TCP方式就类似于拨打电话，使用该种方式进行网络通讯时，需要建立专门的虚拟连接，然后进行可靠的数据传输，如果数据发送失败，则客户端会自动重发该数据。而UDP方式就类似于发送短信，使用这种方式进行网络通讯时，不需要建立专门的虚拟连接，传输也不是很可靠，如果发送失败则客户端无法获得。

  • 这两种传输方式都是实际的网络编程中进行使用，重要的数据一般使用TCP方式进行数据传输，而大量的非核心数据则都通过UDP方式进行传递，在一些程序中甚至结合使用这两种方式进行数据的传递。

  • 由于TCP需要建立专用的虚拟连接以及确认传输是否正确，所以使用TCP方式的速度稍微慢一些，而且传输时产生的数据量要比UDP稍微大一些。

13.2 网络编程技术

13.2.1 网络编程步骤

  • 无论使用TCP方式还是UDP方式进行网络通讯，网络编程都是由客户端和服务器端组成。当然，B/S结构的编程中只需要实现服务器端即可。
13.2.1.1 客户端网络编程步骤
  • 客户端(Client)是指网络编程中首先发起连接的程序，客户端一般实现程序界面和基本逻辑实现。
  • 客户端的编程主要由三个步骤实现：

1、 建立网络连接

	客户端网络编程的第一步都是建立网络连接。在建立网络连接时需要指定连接到的服务器的IP地址和端口号，建立完成以后，会形成一条虚拟的连接，后续的操作就可以通过该连接实现数据交换了。

2、 交换数据

	连接建立以后，就可以通过这个连接交换数据了。交换数据严格按照请求响应模型进行，由客户端发送一个请求数据到服务器，服务器反馈一个响应数据给客户端，如果客户端不发送请求则服务器端就不响应。

	根据逻辑需要，可以多次交换数据，但是还是必须遵循请求响应模型。

3、 关闭网络连接

	在数据交换完成以后，关闭网络连接，释放程序占用的端口、内存等系统资源，结束网络编程。

13.2.1.2 服务器端网络编程步骤

  • 服务器端(Server)是指在网络编程中被动等待连接的程序，服务器端一般实现程序的核心逻辑以及数据存储等核心功能。
  • 服务器端的编程步骤和客户端不同，是由四个步骤实现，依次是：

1、 监听端口

	服务器端属于被动等待连接，所以服务器端启动以后，不需要发起连接，而只需要监听本地计算机的某个固定端口即可。
	这个端口就是服务器端开放给客户端的端口，服务器端程序运行的本地计算机的IP地址就是服务器端程序的IP地址。

2、 获得连接

	当客户端连接到服务器端时，服务器端就可以获得一个连接，这个连接包含客户端的信息，例如客户端IP地址等等，服务器端和客户端也通过该连接进行数据交换。
	一般在服务器端编程中，当获得连接时，需要开启专门的线程处理该连接，每个连接都由独立的线程实现。

3、 交换数据

	服务器端通过获得的连接进行数据交换。服务器端的数据交换步骤是首先接收客户端发送过来的数据，然后进行逻辑处理，再把处理以后的结果数据发送给客户端。简单来说，就是先接收再发送，这个和客户端的数据交换数序不同。
	其实，服务器端获得的连接和客户端连接是一样的，只是数据交换的步骤不同。
	当然，服务器端的数据交换也是可以多次进行的。
	在数据交换完成以后，关闭和客户端的连接。

4、 关闭连接

	当服务器程序关闭时，需要关闭服务器端，通过关闭服务器端使得服务器监听的端口以及占用的内存可以释放出来，实现了连接的关闭。

13.2.2 Java网络编程技

  • 首先来介绍一个基础的网络类——InetAddress类。该类的功能是代表一个IP地址，并且将IP地址和域名相关的操作方法包含在该类的内部。
    eg：关于该类的使用，下面通过一个基础的代码示例演示该类的使用。

  • 运行结果

13.2.3 TCP编程

  • 按照前面的介绍，网络通讯的方式有TCP和UDP两种，其中TCP方式的网络通讯是指在通讯的过程中保持连接。

  • 在Java语言中，对于TCP方式的网络编程提供了良好的支持，在实际实现时，以java.net.Socket类代表客户端连接，以java.net.ServerSocket类代表服务器端连接。

eg:在客户端网络编程中，首先需要建立连接，在Java API中以java.net.Socket类的对象代表网络连接，所以建立客户端网络连接，也就是创建Socket类型的对象，该对象代表网络连接。

     Socket socket1 = new Socket(“192.168.1.103”,10000);

     Socket socket2 = new Socket(“www.sohu.com”,80);

	上面的代码中，socket1实现的是连接到IP地址是192.168.1.103的计算机的10000号端口，而socket2实现的是连接到域名是www.sohu.com的计算机的80号端口。如果建立连接时，本机网络不通，或服务器端程序未开启，则会抛出异常。

eg：从连接中获得输入流和输出流，然后将需要发送的数据写入连接对象的输出流中，在发送完成以后从输入流中读取数据。

     OutputStream os = socket1.getOutputStream(); //获得输出流

     InputStream is = socket1.getInputStream();     //获得输入流

	上面的代码中，分别从socket1这个连接对象获得了输出流和输入流对象，在整个网络编程中，后续的数据交换就变成了IO操作，也就是遵循“请求-响应”模型的规定，先向输出流中写入数据，这些数据会被系统发送出去，然后在从输入流中读取服务器端的反馈信息，这样就完成了一次数据交换过程，当然这个数据交换过程可以多次进行。

eg：最后当数据交换完成以后，关闭网络连接，释放网络连接占用的系统端口和内存等资源，完成网络操作。

     socket1.close();

eg：向服务器端发送一个字符串“Hello”，并将服务器端的反馈显示到控制台，数据交换只进行一次，当数据交换进行完成以后关闭网络连接，程序结束。

  • 运行结果

客户端：

服务器：

eg：实现服务器端监听的代码：

     ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

eg：实现获得连接的代码是：

     Socket socket = ss.accept();

eg：在服务器端通信完成以后，关闭服务器端连接。实现的代码为：

     ss.close();

1、如何复用Socket连接？

eg：实现建立一次连接，进行多次数据交换呢。其实很简单，建立连接以后，将数据交换的逻辑写到一个循环中就可以了。这样只要循环不结束则连接就不会被关 闭。按照这种思路，可以改造一下上面的代码，让该程序可以在建立连接一次以后，发送三次数据，当然这里的次数也可以是多次。

  • 运行结果

客户端：

服务器：

2、如何使服务器端支持多个客户端同时工作？
eg：MulThreadSocketServer类实现服务器端控制，实现接收客户端连接，然后开启专门的逻辑线程处理该连接，LogicThread类实现对于一个客户端连接的逻辑处理，将处理的逻辑放置在该类的run方法中。

  • 运行结果

服务器：

  • 在Java API中，实现UDP方式的编程，包含客户端网络编程和服务器端网络编程，主要由两个类实现，分别是：
1.l DatagramSocket
DatagramSocket类实现“网络连接”，包括客户端网络连接和服务器端网络连接。虽然UDP方式的网络通讯不需要建立专用的网络连接，但是毕竟还是需要发送和接收数据，DatagramSocket实现的就是发送数据时的发射器，以及接收数据时的监听器的角色。类比于TCP中的网络连接，该类既可以用于实现客户端连接，也可以用于实现服务器端连接。

2.l DatagramPacket
DatagramPacket类实现对于网络中传输的数据封装，也就是说，该类的对象代表网络中交换的数据。在UDP方式的网络编程中，无论是需要发送的数据还是需要接收的数据，都必须被处理成DatagramPacket类型的对象，该对象中包含发送到的地址、发送到的端口号以及发送的内容等。其实DatagramPacket类的作用类似于现实中的信件，在信件中包含信件发送到的地址以及接收人，还有发送的内容等，邮局只需要按照地址传递即可。在接收数据时，接收到的数据也必须被处理成DatagramPacket类型的对象，在该对象中包含发送方的地址、端口号等信息，也包含数据的内容。和TCP方式的网络传输相比，IO编程在UDP方式的网络编程中变得不是必须的内容，结构也要比TCP方式的网络编程简单一些。

  • UDP客户端编程涉及的步骤也是4个部分：建立连接、发送数据、接收数据和关闭连接。

  • 由于服务器端的端口需要固定，所以一般在建立服务器端连接时，都指定端口号。

  • 接着服务器端就开始接收客户端发送过来的数据，其接收的方法和客户端接收的方法一直，其中receive方法的作用类似于TCP方式中accept方法的作用，该方法也是一个阻塞方法，其作用是接收数据。

eg:UDP网络编程的基本使用。实现将客户端程序的系统时间发送给服务器端，服务器端接收到时间以后，向客户端反馈字符串“OK”。

  • 运行结果

客户端:

服务器：

eg：实现客户端多次发送以及服务器端支持多个数据包同时处理的程序结构，实现的原理和TCP方式类似，在客户端将数据的发送和接收放入循环中，而服务器端则将接收到的每个数据包启动一个专门的线程进行处理。

  • 运行结果

客户端：

服务器：

  • 网络协议是指对于网络中传输的数据格式的规定。

  • 客户端程序需要完成的处理为：

    1、 客户端发送协议格式的生成
    2、 服务器端反馈数据格式的解析

  • 服务器端程序需要完成的处理为：

    1、 服务器端反馈协议格式的生成
    2、 客户端发送协议格式的解析

13.2.6小结

13.3.1质数判别示例

eg：实现的功能是质数判断，程序实现的功能为客户端程序接收用户输入的数字，然后将用户输入的内容发送给服务器端，服务器端判断客户端发送的数字是否是质数，并将判断的结果反馈给客户端，客户端根据服务器端的反馈显示判断结果。

1、 客户端程序功能：
a)         接收用户控制台输入
b)         判断输入内容是否合法
c)         按照协议格式生成发送数据
d)         发送数据
e)         接收服务器端反馈
f)          解析服务器端反馈信息，并输出
2、 服务器端程序功能：
a)         接收客户端发送数据
b)         按照协议格式解析数据
c)         判断数字是否是质数
d)         根据判断结果，生成协议数据
e)         将数据反馈给客户端
  • 运行结果

客户端1：

服务器1：

eg：当客户端第一次连接到服务器端时，服务器端生产一个【0，50】之间的随机数字，然后客户端输入数字来猜该数字，每次客户端输入数字以后，发送给服务器端，服务器端判断该客户端发送的数字和随机数字的关系，并反馈比较结果，客户端总共有5次猜的机会，猜中时提示猜中，当输入”quit”时结束程序。

- 客户端程序功能列表：

1、 接收用户控制台输入
2、 判断输入内容是否合法
3、 按照协议格式发送数据
4、 根据服务器端的反馈给出相应提示

- 服务器端程序功能列表：

1、 接收客户端发送数据
2、 按照协议格式解析数据
3、 判断发送过来的数字和随机数字的关系
4、 根据判断结果生产协议数据
5、 将生产的数据反馈给客户端
  • 运行结果

客户端：

服务器：

本周代码托管截图

学习进度条

代码行数（新增/累积） 博客量（新增/累积） 学习时间（新增/累积） 重要成长
目标 5000行 30篇 400小时
第一周 200/200 2/2 20/20
第二周 300/500 1/3 30/50
第三周 500/1000 1/4 35/85
第四周 1225/2225 1/5 40/125
第五周 993/3218 1/6 35/160
第六周 1360/4578 2/8 40/200
第七周 228/4806 2/10 40/240
第八周 205/5011 2/12 30/270
第九周 972/5983 2/14 20/290
第十周 1159/7142 2/16 30/320
posted @ 2016-05-08 00:45  20145240刘士嘉  阅读(168)  评论(1)  编辑  收藏  举报