网络编程
主要内容
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软件架构CS／BS
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网络通信三要素
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TCP通信
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Socket套接字
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ServerSocket
教学目标
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能够辨别UDP和TCP协议特点
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UDP:面向无连接,数据不安全,速度快
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TCP:
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能够说出TCP协议下两个常用类名称
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能够编写TCP协议下字符串数据传输程序
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能够理解TCP协议下文件上传案例
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能够理解TCP协议下BS案例
第一章 网络编程入门
1.1软件结构
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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
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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。
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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。
java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
协议
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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
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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
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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
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查看本机IP地址，在控制台输入：
ipconfig
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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
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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。
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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 概述
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：
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服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
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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：
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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
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
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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。小贴士：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。
构造举例，代码如下：
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);
成员方法
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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。
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关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。
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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。
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public void close()：关闭此套接字。-
一旦一个socket被关闭，它不可再使用。
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关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。
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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
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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
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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。
构造举例，代码如下：
ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
成员方法
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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
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【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
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【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
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【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
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【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
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【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。
到此，客户端向服务端发送数据成功。
自此，服务端向客户端回写数据。
-
【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
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【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。
客户端向服务器发送数据
服务端实现：
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();
}
}
客户端实现：
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();
}
}
服务器向客户端回写数据
服务端实现：
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();
}
}
客户端实现：
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();
}
}
第三章 综合案例
3.1 文件上传案例
文件上传分析图解
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【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
-
【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
-
【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
-
【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。
基本实现
分析：
客户端（Scoket）
1.客户端输出流
1.1创建Scoket对象
1.2通过Socket对象获取输出流。
2.客户端输入流，从硬盘读取文件数据到程序中
2.1创建字节输入流对象，封装数据源文件
2.2定义变量用来存储读取到的字节数据
2.3循环读取
2.4写出数据（写出文件数据到服务端）
2.5关闭流，释放资源
服务器：(ServerSocket)
1.创建ServerSocker对象
1.1获取请求，建立连接 Scoket accept()
1.2通过Socket对象获取输入流对象
1.3定义变量用来存储读取到的字节数据
1.4循环读取
1.5写出数据
1.6关闭流，释放资源
运行时先启动服务器，在启动客户端
服务端实现：
public class FileUpload_Server {
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. 建立连接
Socket accept = serverSocket.accept();
// 3. 创建流对象
// 3.1 获取输入流,读取文件数据
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
// 3.2 创建输出流,保存到本地 .
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"));
// 4. 读写数据
byte[] b = new byte[1024 * 8];
int len;
while ((len = bis.read(b)) != -1) {
bos.write(b, 0, len);
}
//5. 关闭 资源
bos.close();
bis.close();
accept.close();
System.out.println("文件上传已保存");
}
}
客户端实现：
public class FileUPload_Client {
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);
bos.flush();
}
System.out.println("文件发送完毕");
// 3.释放资源
bos.close();
socket.close();
bis.close();
System.out.println("文件上传完毕 ");
}
}
文件上传优化分析
-
文件名称写死的问题
服务端，保存文件的名称如果写死，那么最终导致服务器硬盘，只会保留一个文件，建议使用系统时间优化，保证文件名称唯一，代码如下：
FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
-
循环接收的问题
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，代码如下：
// 每次接收新的连接,创建一个Socket
while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
......
}
-
效率问题
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，代码如下：
while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
// accept 交给子线程处理.
new Thread(() -> {
......
InputStream bis = accept.getInputStream();
......
}).start();
}
优化实现
public class FileUpload_Server {
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. 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();
}
}
}
信息回写分析图解
前四步与基本文件上传一致.
-
【服务端】获取输出流，回写数据。
-
【客户端】获取输入流，解析回写数据。
回写实现
public class FileUpload_Server {
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();
}
}
}
客户端实现：
public class FileUpload_Client {
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();
}
}
3.2 模拟服务器
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。
案例分析
分析：
服务器：（服务器）
//模拟浏览器访问服务器页面案例
-
1.获取浏览器的请求路径
-
1.1创建ServerSocket对象，指定端口号
-
1.2建立连接
-
1.3通过Socket对象获取字节输入流对象
-
1.4把获取的字节输入流对象转换为高效字符输入流对象
-
1.5使用高效流输入流对象读取请求信息的第一行
-
1.6使用空格分割得到的第一行字符串数据
-
1.7截取需要的路径
-
2.把获取的路劲对应的页面写给浏览器
-
2.1获取socket对象获取输出流对象
-
2.2创建字节输入流对象，封装数据源文件（页面）
-
2.3定义变量，用来存储读取到的字节数据
-
写入HTTP协议响应头，固定写法
-
必须要写入空行，否则浏览器不解析
-
2.4循环读取数据
-
2.5写出数据
-
2.6关闭流，释放资源。
怎么书写try-catch-finally练习书写》
-
准备页面数据，web文件夹。
复制到我们Module中，比如复制到day08中
-
我们模拟服务器端，ServerSocket类监听端口，使用浏览器访问
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
Socket socket = server.accept();
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = in.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes,0,len));
socket.close();
server.close();
} -
服务器程序中字节输入流可以读取到浏览器发来的请求信息
GET/web/index.html HTTP/1.1是浏览器的请求消息。/web/index.html为浏览器想要请求的服务器端的资源,使用字符串切割方式获取到请求的资源。
//转换流,读取浏览器请求第一行
BufferedReader readWb = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
//取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
//去掉web前面的/
String path = strArr[1].substring(1);
System.out.println(path);
案例实现
服务端实现：
public class SerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端 启动 , 等待连接 .... ");
// 创建ServerSocket 对象
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
Socket socket = server.accept();
// 转换流读取浏览器的请求消息
BufferedReader readWb = new
BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
// 取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
// 去掉web前面的/
String path = strArr[1].substring(1);
// 读取客户端请求的资源文件
FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
byte[] bytes= new byte[1024];
int len = 0 ;
// 字节输出流,将文件写会客户端
OutputStream out = socket.getOutputStream();
// 写入HTTP协议响应头,固定写法
out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
out.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
// 必须要写入空行,否则浏览器不解析
out.write("\r\n".getBytes());
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
out.write(bytes,0,len);
}
fis.close();
out.close();
readWb.close();
socket.close();
server.close();
}
}
访问效果
-
火狐
小贴士：不同的浏览器，内核不一样，解析效果有可能不一样。
发现浏览器中出现很多的叉子,说明浏览器没有读取到图片信息导致。
浏览器工作原理是遇到图片会开启一个线程进行单独的访问,因此在服务器端加入线程技术。
public class ServerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
while(true){
Socket socket = server.accept();
new Thread(new Web(socket)).start();
}
}
static class Web implements Runnable{
private Socket socket;
public Web(Socket socket){
this.socket=socket;
}
public void run() {
try{
//转换流,读取浏览器请求第一行
BufferedReader readWb = new
BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
//取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
System.out.println(Arrays.toString(strArr));
String path = strArr[1].substring(1);
System.out.println(path);
FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
System.out.println(fis);
byte[] bytes= new byte[1024];
int len = 0 ;
//向浏览器 回写数据
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
out.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
out.write("\r\n".getBytes());
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
out.write(bytes,0,len);
}
fis.close();
out.close();
readWb.close();
socket.close();
}catch(Exception ex){
}
}
}
}
访问效果：
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