Java学习笔记之网络编程
0x00 概述
本文主要涉及Java知识点为Java网络编程。
0x01 网络编程入门
1.1 网络编程概述
- 计算机网络
是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,
在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统
- 网络编程
在网络通信协议下,实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交换
1.2 网络编程三要素
- IP地址
想让网络中的计算机能够互相通信,必须为每台计算机指定一个标识号,
通过这个标识号来指定要接收数 据的计算机和识别发送的计算机,而IP地址就是这个标识号,也就是设备的标识
- 端口
网络的通信,本质上是两个应用程序的通信。每台计算机都有很多的应用程序,那么在网络通信时,如何区分这些应用程序呢?
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应用程序 了,也就是应用程序的标识
- 协议
通过计算机网络可以使多台计算机实现连接,位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定 的规则,这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。
在计算机网络中,这些连接和通信的规则 被称为网络通信协议,它对数据的传输格式、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 才能完成数据交换。
常见的协议有UDP协议和TCP协议
1.3 IP地址
- IP地址:是网络设备中的唯一标识
- IP地址分为两大类
IPv4:是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定,IP地址用二进制来表示,每
个IP地址长32bit,也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000
00000001 01000010”,这么长的地址,处理起来也太费劲了。为了方便使用,IP地址经常被写成十进制
的形式,中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是,上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这
种表示法叫做“点分十进制表示法”,这显然比1和0容易记忆得多
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。为了扩大地址空间,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,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题
- DOS常用命令
ipconfig:查看本机IP地址
ping IP地址:检查网络是否连通
- 特殊IP地址
127.0.0.1:是回送地址,可以代表本机地址,一般用来测试使用
1.4 InetAddress
- netAddress:此类表示Internet协议(IP)地址
- 相关方法
示例
package InetAddressDemo; import java.net.InetAddress; import java.net.UnknownHostException; public class InetAddressDemo { public static void main(String[] args) throws UnknownHostException { // InetAddress address = InetAddress.getByName("Test"); InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); // public String getHostName(): 获取此IP地址的主机名 String name = address.getHostName(); // public String getHostAddress(): 返回文本显示中的IP地址字符串 String ip = address.getHostAddress(); System.out.println("主机名: " + name); System.out.println("IP地址:" + ip); } }
1.5 端口和协议
- 端口
设备上应用程序的唯一标识
- 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
- 协议
计算机网络中,连接和通信的规则被称为网络通信协议
- UDP协议
用户数据报协议(User Datagram Protocol)
UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。
简单来说,当一台 计算机向另外一台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在 收到数据时,也不会向发送端反馈是否收到数据。
由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输
例如视频会议通常采用UDP协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响
但是在使用UDP协议传送数据时,由于UDP的面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议
- TCP协议
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。
在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都需要经过“三次握手”
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
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
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。例如上传文件、下载文件、浏览网页等
0x02 UDP通信程序
2.1 UDP发送数据
- Java中的UDP通信
UDP协议是一种不可靠的网络协议,它在通信的两端各建立一个Socket对象,但是这两个Socket只是发送,接收数据的对象,
因此对于基于UDP协议的通信双方而言,没有所谓的客户端和服务器的概念
Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket
- 构造方法
- 相关方法
- 发送数据的步骤
建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
创建数据,并把数据打包
调用DatagramSocket对象的方法发送数据
关闭发送端
示例
package SendDemo; import java.io.IOException; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress; public class SendDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket) // DatagramSocket ds = new DatagramSocket(); DatagramSocket ds = new DatagramSocket(); // 创建数据,并把数据打包 // DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port) // 构造一个数据包,发送长度为length的数据包到指定主机上的指定端口 byte[] bys = "Hello, This is a test".getBytes(); DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 100010); // 调用DataGramSocket对象的方法发送数据 // void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据包 ds.send(dp); // 关闭发送端 // void close() 关闭此数据报套接字 ds.close(); } }
2.2 UDP接受数据
- 接收数据的步骤
创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
创建一个数据包,用于接收数据
调用DatagramSocket对象的方法接收数据
解析数据包,并把数据在控制台显示
关闭接收端
- 构造方法
- 相关方法
示例
package ReceiveDemo; import java.io.IOException; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; public class ReceiveDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket) DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10010); while (true) { // 创建一个数据包,用于接收数据 byte[] bys = new byte[1024]; DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length); // 调用DatagramSocket对象的方法接收数据 ds.receive(dp); // 解析数据包,并把数据在控制台显示 System.out.println("数据是: " + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength())); } } }
2.3 UDP通信程序联系
- 需求:
UDP发送数据:数据来自于键盘录入,直到输入的数据是886,发送数据结束
UDP接收数据:因为接收端不知道发送端什么时候停止发送,故采用死循环接收
示例
package SendReceiveDemo; /* UDP发送数据: 数据来自于键盘录入,直到输入的数据是886,发送数据结束 */ import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress; public class SendDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket) DatagramSocket ds = new DatagramSocket(); // 自己封装键盘录入数据 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { // 数据数据是886,发送数据结束 if ("886".equals(line)) { break; } // 创建数据,并把数据打包 byte[] bys = line.getBytes(); DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 12345); // 调用DatagramSocket对象的方法发送数据 ds.send(dp); } // 关闭发送端 ds.close(); } }
package SendReceiveDemo; /* UDP接收数据 因为接收端不知道发送端什么时候停止发送数据,所以采用死循环方式接收 */ import java.io.IOException; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; public class ReceiveDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket) DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345); while (true) { // 创建一个数据包,用于接收数据 byte[] bys = new byte[1024]; DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length); // 调用DatagramSocket对象接收数据 ds.receive(dp); // 解析数据包,并把数据在控制台显示 System.out.println("数据是: " + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength())); } // 关闭接收端 // ds.close(); } }
0x03 TCP通信程序
3.1 TCP发送数据
- Java中的TCP通信
Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装,使用Socket对象来代表两端的通信端口,并通过Socket产生IO流来进行网络通信
Java为客户端提供了Socket类,为服务器端提供了ServerSocket类
- 构造方法
- 相关方法
示例
package clientDemo; import java.io.IOException; import java.io.OutputStream; import java.net.Socket; public class clientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建客户端的Socket对象(Socket) // Socket(String host, int port) 创建流套接字并将其连接到指定主机上的端口 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 获取输出流,写数据 // OutputStream getOutPutStream() 返回此套接字的输出流 OutputStream os = s.getOutputStream(); os.write("Hello, this a test".getBytes()); // 释放资源 s.close(); } }
3.2 TCP接受数据
- 构造方法
- 相关方法
示例
package ServerDemo; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class ServerDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器端的Socket对象(ServerSocket) // ServerSocket(int port) 创建绑定到指定端口的服务器套接字 ServerSocket ss = new ServerSocket(12345); // Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它 Socket s = ss.accept(); // 获取输入流,写数据,并把数据显示在控制台 // OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流 InputStream is = s.getInputStream(); byte[] bys = new byte[1024]; int len = is.read(bys); String data = new String(bys, 0, len); // 释放资源 s.close(); ss.close(); } }
3.3 TCP通信练习1
- 需求:
客户端:发送数据,接受服务器反馈
服务器:收到消息后给出反馈
- 案例分析
客户端创建对象,使用输出流输出数据
服务端创建对象,使用输入流接受数据
服务端使用输出流给出反馈数据
客户端使用输入流接受反馈数据
示例
package ServerClientTCPDemo1; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class ServerDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器端的Socket对象(ServerSocket) ServerSocket ss = new ServerSocket(12345); // 监听客户端连接,返回一个Socket对象 Socket s = ss.accept(); // 获取输入流,读取数据,并把数据显示在控制台 InputStream is = s.getInputStream(); byte[] bys = new byte[1024]; int len = is.read(bys); String data = new String(bys, 0, len); System.out.println("服务器: " + data); // 给出反馈 OutputStream os = s.getOutputStream(); os.write("数据已收到:".getBytes()); // 释放资源 // s.close(); ss.close(); } }
package ServerClientTCPDemo1; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.Socket; public class ClientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建客户端的Socket对象 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 获取输出流,写数据 OutputStream os = s.getOutputStream(); os.write("Hello, this is a test message".getBytes()); // 接收服务器反馈 InputStream is = s.getInputStream(); byte[] bys = new byte[1024]; int len = is.read(bys); String data = new String(bys, 0, len); System.out.println("客户端: " + data); // 释放资源 // is.close(); // os.close(); s.close(); } }
3.4 TCP通信练习2
- 需求:
客户端:数据来自于键盘录入, 直到输入的数据是886,发送数据结束
服务端:接收到数据在控制台输出
- 案例分析
客户端创建对象,使用键盘录入循环接受数据,接受一行发送一行,直到键盘录入886为止
服务端创建对象,使用输入流按行循环接受数据,直到接受到null为止
示例
package ServerClientTCPDemo2; import java.io.*; import java.net.Socket; public class ClientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建socket对象 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 数据来自键盘录入,直到输入的数据是886,发送数据结束 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); // 封装输出流对象 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { if ("886".equals(line)) { break; } // 获取输出流对象 bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 释放资源 s.close(); } }
package ServerClientTCPDemo2; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class ServerDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器Socket对象 ServerSocket ss = new ServerSocket(); // 监听客户端的连接,返回一个对应的Socket对象 Socket s = ss.accept(); // 获取输入流 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream())); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { System.out.println(line); } // 释放资源 ss.close(); } }
3.5 TCP通信练习3
- 需求:
客户端:数据来自于键盘录入,直到输入的数据是886,发送数据结束
服务端:接受到的数据写入文本文件中
- 案例分析:
客户端创建对象,使用键盘录入循环接受数据,接受一行发送一行,直到键盘录入886为止
服务端创建对象,创建输出流对象指向文件,每接受一行数据后使用输出流输出到文件中,直到接收到null为止
示例
package ServerClientTCPDemo3; import java.io.*; import java.net.Socket; public class clientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建客户端Socket对象 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 数据来自键盘录入,直到输入的数据是886,发送数据结束 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); // 封装输出流对象 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { if ("886".equals(line)) { break; } bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 释放资源 s.close(); } }
package ServerClientTCPDemo3; import java.io.*; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class serverDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器Socket对象 ServerSocket ss = new ServerSocket(12345); // 监听客户端链接,返回一个对应的Socket对象 Socket s = ss.accept(); // 接收数据 BufferedReader br = new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream())); // 把数据写入文本文件 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("my/s.txt")); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 释放资源 bw.close(); ss.close(); } }
3.6 TCP通信练习4
- 需求:
客户端:数据来自于文本文件
服务器:接收到的数据写入文本文件
- 案例分析:
创建客户端,创建输入流对象指向文件,从文件循环读取数据,每读取一行就使用输出流给服务器输出一行
创建服务端,创建输出流对象指向文件,从客户端接受数据,每接受一行就给文件中输出一行
示例
package ServerClientTCPDemo4; import java.io.*; import java.net.Socket; public class clientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建客户端Socket对象 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 封装文本文件的数据 BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("myNet/test.java")); // 封装输出流写数据 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 释放资源 br.close(); s.close(); } }
package ServerClientTCPDemo4; import java.io.*; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class serverDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器Socket对象 ServerSocket ss = new ServerSocket(12345); // 监听客户端连接,返回i个对应的Socket对象 Socket s = ss.accept(); // 接收数据 BufferedReader br = new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream())); // 把数据写入文件 BufferedWriter bw = new BufferedWriter( new FileWriter("myNet/copy.java")); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 释放资源 bw.close(); ss.close(); } }
3.7 TCP通信练习5
- 需求:
客户端:数据来自于文本文件,接收服务器反馈
服务器:接收到的数据写入文本文件,给出反馈
- 案例分析
创建客户端对象,创建输入流对象指向文件,每读入一行数据就给服务器输出一行数据,输出结束后使用shutdownOutput()方法告知服务端传输结束
创建服务器对象,创建输出流对象指向文件,每接受一行数据就使用输出流输出到文件中,传输结束后。使用输出流给客户端反馈信息
客户端接受服务端的回馈信息
- 相关方法
示例
package ServerClientTCPDemo5; import java.io.*; import java.net.Socket; public class clientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建客户端Socket对象 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 封装文本文件的数据 BufferedReader br = new BufferedReader( new FileReader("myNet/test.java")); // 封装输出流写数据 BufferedWriter bw = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // pubic void shutdownOutput() s.shutdownOutput(); // 接收反馈 BufferedReader brClient = new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream()) ); String data = brClient.readLine(); System.out.println("服务器的反馈: " + data); // 释放资源 br.close(); s.close(); } }
package ServerClientTCPDemo5; import java.io.*; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class serverDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器Socket对象 ServerSocket ss = new ServerSocket(12345); // 监听客户端连接,返回一个对应的Socket对象 Socket s = ss.accept(); // 接收数据 BufferedReader br = new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream()) ); // 把数据写入文本文件 BufferedWriter bw = new BufferedWriter( new FileWriter("myNet/test.java")); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 给出反馈 BufferedWriter bwServer = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); bwServer.write("文件上传成功"); bwServer.newLine(); bwServer.flush(); // 释放资源 bw.close(); ss.close(); } }
3.8 TCP通信联系6
- 需求:
客户端:数据来自于文本文件,接收服务器反馈
服务器:接收到的数据写入文本文件,给出反馈,代码用线程进行封装,为每一个客户端开启一个线程
- 案例分析
创建客户端对象,创建输入流对象指向文件,每读入一行数据就给服务器输出一行数据,输出结束后使用shutdownOutput()方法告知服务端传输结束
创建多线程类,在run()方法中读取客户端发送的数据,为了防止文件重名,使用计数器给文件名编号,接受结束后使用输出流给客户端发送反馈信息
创建服务端对象,每监听到一个客户端则开启一个新的线程接受数据
客户端接受服务端的回馈信息
示例
package ServerClientTCPDemo6; import java.io.*; import java.net.Socket; public class clientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建Socket对象 Socket s = new Socket("127.0.0.1", 12345); // 封装文本文件的数据 BufferedReader br = new BufferedReader( new FileReader("myNet/test.java")); // 封装输出流写数据 BufferedWriter bw = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } s.shutdownOutput(); // 接收反馈 BufferedReader brClient = new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream())); String data = brClient.readLine(); System.out.println("服务器的反馈:" + data); // 释放资源 br.close(); s.close(); } }
package ServerClientTCPDemo6; import java.io.*; import java.net.Socket; public class serverThread implements Runnable { private Socket s; public serverThread(Socket s) { this.s = s; } @Override public void run() { try { // 接收数据写到文本文件 BufferedReader br = new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream())); // 解决名称冲突问题 int count = 0; File file = new File("myNet/test[" + count + "].java"); while (file.exists()) { count++; file = new File("myNet/test[" + count + "].java"); } BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(file)); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { bw.write(line); bw.newLine(); bw.flush(); } // 给出反馈 BufferedWriter bwServer = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())); bwServer.write("文件上传成功"); bwServer.newLine(); bwServer.flush(); // 释放资源 s.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }
package ServerClientTCPDemo6; import java.io.IOException; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class serverDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建服务器Socket对象 ServerSocket ss = new ServerSocket(12345); while (true) { // 监听客户端连接,返回一个对应的Socket对象 Socket s = ss.accept(); // 为每一个客户端开启一个线程 new Thread(new serverThread(s)).start(); } } }