Java基础学习（十七）

Java基础学习（十七）：网络编程

Java基础学习（十七）：网络编程

本文为个人学习记录，内容学习自黑马程序员

概念

定义：在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序进行的数据传输
常见的软件架构：C/S 和 B/S
- C/S：Client/Server，在用户本地需要下载并安装客户端程序，在远程有一个服务器端程序
- B/S：Browser/Server，用户通过浏览器的不同网址即可访问不同的服务器
C/S 和 B/S 的比较：
- C/S 需要开发客户端，适合定制专业化的办公类软件，例如 IDEA、网游
- B/S 不需要开发客户端，适合移动互联网应用，例如新闻网页
网络编程三要素：IP、端口号、协议
- IP：设备在网络中的地址，是唯一的标识
- 端口号：应用程序在设备中唯一的标识
- 协议：数据在网络中传输的规则，常见的协议有 UDP、TCP、http、https、ftp

IP

定义：全称 Internet Protocol，互联网协议地址，也称 IP 地址，是分配给上网设备的数字标签
常见分类：IPv4、IPv6
IPv4：Internet Protocol version 4，互联网通信协议第四版
- 采用 32 位地址长度，分成 4 组
- 通常采用点分十进制表示，例如 11000000 10101000 00000001 01000010 表示为 192.168.1.66（没有负数）
IPv6：Internet Protocol version 6，互联网通信协议第六版
- 采用 128 位地址长度，分成 8 组
- 通常采用冒分十六进制表示
现状：IPv4 不够用，但 IPv6 还未普及，IPv4 仍是使用的主流，为了节省 IP 地址，又将 IPv4 的地址分成了公网地址（万维网使用）和私有地址（局域网使用），192.168. 开头的就是私有地址，专门为组织机构内部使用，例如网吧中的电脑共享一个对外的公网 IP，再由路由器给其中的每一台电脑分配局域网 IP
特殊 IP 地址：127.0.0.1，也称为 localhost，是本地回环地址，也即本机 IP
举例：假如本机 IP 的局域网地址为 192.168.1.100，那么通过 192.168.1.100 和 127.0.0.1 都可以访问到本机，但前者需要经由路由器才能将信息发送到本机，而后者可以直接发送到本机，并且前者在不同路由器下分配的地址可能不同，而后者固定不变
常见 CMD 命令：
- ipconfig：查看本机 IP 地址
- ping：检查网络是否连通

InetAddress

常用方法	说明
static InetAddress getByName(String host)	确定主机名称的 IP 地址，主机名称可以是机器名称，也可以是 IP 地址
String getHostName()	获取此 IP 地址的主机名
String getHostAddress()	返回文本显示中的 IP 地址字符串

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress address = InetAddress.getByName("10.250.206.75");
        String name = address.getHostName();
        String ip = address.getHostAddress();
    }
}

端口号

端口号是应用程序在设备中的唯一标识
端口号由两个字节表示，取值范围：0 ~ 65535，其中 0 ~ 1023 端口号用于一些知名的网络服务或者应用

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

OSI 参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，由于过于理想化而未能推广
TCP/IP 参考模型（TCP/IP协议）：事实上的国际标准

图17-1

UDP 通信

User Datagram Protocol，用户数据报协议
面向无连接的通信协议，速度快，有大小限制一次最多发送 64K，数据不安全，易丢失数据

UDP 通信程序（发送数据）

步骤：① 创建发送端的 DatagramSocket 对象 ② 数据打包（DatagramPacket） ③ 发送数据 ④ 释放资源

代码实现：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建DatagramSocket对象
        // 需要绑定端口，之后就从这个端口向外发送
        // 采用空参构造时，从所有可用端口中随机选择绑定
        // 采用有参构造时，指定端口号进行绑定
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 2.打包数据
        // 创建DatagramPacket对象进行数据打包，DatagramPacket有多种构造方法，下面列举其中一种
        // 第一个参数为要发送的字节数组
        // 第二个参数为要发送数据的长度
        // 第三个参数为目标IP地址，为InetAddress对象
        // 第四个参数为目标端口
        String str = "你好";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 10086;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);

        // 3.发送数据
        ds.send(dp);

        // 4.释放资源
        ds.close();
    }
}

UDP 通信程序（接收数据）

步骤：① 创建接收端的 DatagramSocket 对象 ② 接收打包好的数据 ③ 解析数据包 ④ 释放资源

代码实现：

public class Receive {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建DatagramSocket对象
        // 接收时必须绑定端口，并且端口号必须和发送端的目标端口一致
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

        // 2.接收数据包
        // 创建DatagramPacket对象进行数据打包，DatagramPacket有多种构造方法，在接收数据时只需要指定接收数组和长度
        // receive()方法是阻塞的
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        ds.receive(dp);

        // 3.解析数据包
        // 可以获取数据包中的数据值、数据长度、发送端IP地址对象、发送端端口号
        byte[] data = dp.getData();
        int len = dp.getLength();
        InetAddress address = dp.getAddress();
        int port = dp.getPort();
        System.out.println(new String(data, 0, len));

        // 4.释放资源
        ds.close();
    }
}

UDP 的三种通信方式：单播、组播、广播

单播：一个发送端，一台电脑作为接收端
- 上面的代码即是单播的实现

组播：一个发送端，一组电脑作为接收端

组播地址：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255，其中 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 为预留给个人的组播地址

代码实现（发送端）

public class Send {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建MulticastSocket对象
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket();

        // 2.打包数据
        // 目标IP地址为组播地址中
        String str = "你好";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
        int port = 10000;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);

        // 3.发送数据
        ms.send(dp);

        // 4.释放资源
        ms.close();
    }
}

代码实现（接收端）

public class Receive {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建MulticastSocket对象
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);

        // 2.将本机添加到要使用的组播地址中
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
        ms.joinGroup(address);

        // 3.接收数据包
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        ms.receive(dp);

        // 4.解析数据包
        byte[] data = dp.getData();
        int len = dp.getLength();
        InetAddress ip = dp.getAddress();
        int port = dp.getPort();

        // 5.释放资源
        ms.close();
    }
}

广播：一个发送端，局域网中所有电脑都是接收端

广播地址：255.255.255.255

代码实现（发送端）

public class Send {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 2.打包数据
        // 目标IP地址为广播地址
        String str = "你好";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
        int port = 10000;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);

        // 3.发送数据
        ds.send(dp);
		
        // 4.释放资源
        ds.close();
    }
}

TCP 通信

Transmission Control Protocol，传输控制协议
面向连接的通信协议，速度慢，没有大小限制，数据安全
TCP 通信协议是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个 Socket 对象，通信之前要保证连接已经建立，通过 Socket 产生 IO 流来进行网络通信

TCP 通信程序（客户端）

步骤：① 创建客户端的 Socket 对象（Socket）与指定服务端连接 ② 获取输出流 ③ 写数据 ④ 释放资源

代码实现：

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建Socket对象
        // 参数一：要连接的IP地址
        // 参数二：要连接的端口号
        // 注意：如果连接不上，代码会报错（必须先启动服务器端，再启动客户端）
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);

        // 2.从连接通道中获取输出流
        // 需要注意：客户端也能使用socket.getInputStream()获取输入流，从服务端接收数据
        OutputStream os = socket.getOutputStream();

        // 3.向输出流中写入数据
        os.write("你好".getBytes());

        // 4.释放资源
        // 释放socket时也会释放内部的输出流
        socket.close();
    }
}

TCP 通信程序（服务器端）

步骤：① 创建服务器端的 Socket 对象（ServerSocket） ② 监听客户端连接，返回一个 Socket 对象 ③ 获取输入流，读数据 ④释放资源

代码实现：

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建ServerSocket对象
        // 参数为绑定的端口号，需要和客户端要连接的端口号一致
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        // 2.监听客户端的连接
        // 这一步会阻塞程序
        Socket socket = ss.accept();

        // 3.从连接通道中获取输入流，读取数据
        // 需要注意：服务端也能使用socket.getOutputStream()获取输出流，向客户端写入数据
        InputStream is = socket.getInputStream();
        // （可选）为了正确读取中文，需要使用转换流
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "UTF-8");
        int b;
        // read()方法会从连接通道中读取数据，只有读取到结束标记时返回值才为-1
        // 结束标记一般有两种写法：
        // 1.在客户端使用socket.shutdownOutput()关闭输出流
        // 2.在客户端使用socket.close()关闭socket
        while ((b = isr.read()) != -1) {
            System.out.print((char) b);
        }

        // 4.释放资源
        // 释放socket时也会释放内部的输入流
        socket.close();
        ss.close();
    }
}