java网络编程(TCP，UDP)
一、UDP与TCP协议
1.1 UDP协议
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都使用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。UDP的交换过程如下图所示。
1.2 TCP协议
TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先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”。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。整个交互过程如下图所示。
由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的安全性，所以是一个被广泛采用的协议，例如在下载文件时，如果数据接收不完整，将会导致文件数据丢失而不能被打开，因此，下载文件时必须采用TCP协议
二、UDP通信
2.1、DatagramPacket
前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议，因此，在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像是货运公司在两个码头间发送货物一样。在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装载货物，UDP通信也是一样，发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包，为此JDK中提供了一个DatagramPacket类，该类的实例对象就相当于一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。
想要创建一个DatagramPacket对象，首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时，使用的构造方法有所不同，接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据，而发送端的构造方法不但要接收存放了发送数据的字节数组，还需要指定发送端IP地址和端口号。
接下来根据API文档的内容，对DatagramPacket的构造方法进行逐一详细地讲解。
使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，指定了封装数据的字节数组和数据的大小，没有指定IP地址和端口号。很明显，这样的对象只能用于接收端，不能用于发送端。因为发送端一定要明确指出数据的目的地(ip地址和端口号)，而接收端不需要明确知道数据的来源，只需要接收到数据即可。
使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，不仅指定了封装数据的字节数组和数据的大小，还指定了数据包的目标IP地址（addr）和端口号（port）。该对象通常用于发送端，因为在发送数据时必须指定接收端的IP地址和端口号，就好像发送货物的集装箱上面必须标明接收人的地址一样。
上面我们讲解了DatagramPacket的构造方法，接下来对DatagramPacket类中的常用方法进行详细地讲解，如下表所示。
DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”，可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有“集装箱”是不够的，还需要有码头。在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行，为此JDK中提供的一个DatagramSocket类。DatagramSocket类的作用就类似于码头，使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包，发送数据的过程如下图所示。
在创建发送端和接收端的DatagramSocket对象时，使用的构造方法也有所不同，下面对DatagramSocket类中常用的构造方法进行讲解。
该构造方法用于创建发送端的DatagramSocket对象，在创建DatagramSocket对象时，并没有指定端口号，此时，系统会分配一个没有被其它网络程序所使用的端口号。
该构造方法既可用于创建接收端的DatagramSocket对象，又可以创建发送端的DatagramSocket对象，在创建接收端的DatagramSocket对象时，必须要指定一个端口号，这样就可以监听指定的端口。
上面我们讲解了DatagramSocket的构造方法，接下来对DatagramSocket类中的常用方法进行详细地讲解。
2.2、UDP网络程序
讲解了DatagramPacket和DatagramSocket的作用，接下来通过一个案例来学习一下它们在程序中的具体用法。
要实现UDP通信需要创建一个发送端程序和一个接收端程序，很明显，在通信时只有接收端程序先运行，才能避免因发送端发送的数据无法接收，而造成数据丢失。因此，首先需要来完成接收端程序的编写。
UDP完成数据的发送
package com.zhouzhiyao.UDP; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress; import java.net.Socket; import java.net.UnknownHostException; public class UDPSendDemo { public static void main(String[] args) { DatagramSocket socket = null; try { //建立基站 socket = new DatagramSocket(); byte[] buf = "hello,UDP".getBytes(); InetAddress address; address = InetAddress.getByName("localhost"); //建立仓库 DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address,12345); //发送数据 socket.send(packet); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally{ //关闭基站 socket.close(); } } }
UDP完成数据的接收
package com.zhouzhiyao.UDP; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress; public class UDPReceiveDemo { public static void main(String[] args) { DatagramSocket socket = null; try { socket = new DatagramSocket(12345);//建立基站 byte[] buf = new byte[1024]; DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, buf.length);//建立机房 socket.receive(packet);//开始接受数据 //获取对方的主机信息 InetAddress address = packet.getAddress(); System.out.println(address.getHostAddress()); //获取数据内容 byte[] data = packet.getData(); System.out.println("数据内容:"+new String(data,0,packet.getLength())); //获取数据长度 int length = packet.getLength(); System.out.println("数据长度:"+length); //获取接收端口号 int port = packet.getPort(); System.out.println("接收端口号是:"+port); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally{ socket.close(); } } }
三、TCP通信
TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。
区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。
而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。
在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。
通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。
3.1、ServerSocket
通过前面的学习知道，在开发TCP程序时，首先需要创建服务器端程序。JDK的java.net包中提供了一个ServerSocket类，该类的实例对象可以实现一个服务器段的程序。通过查阅API文档可知，ServerSocket类提供了多种构造方法，接下来就对ServerSocket的构造方法进行逐一地讲解。
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）。
接下来学习一下ServerSocket的常用方法，如表所示。
ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。
3.2、Socket
讲解了ServerSocket对象可以实现服务端程序，但只实现服务器端程序还不能完成通信，此时还需要一个客户端程序与之交互，为此JDK提供了一个Socket类，用于实现TCP客户端程序。
通过查阅API文档可知Socket类同样提供了多种构造方法，接下来就对Socket的常用构造方法进行详细讲解。
使用该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址。
该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。
在以上Socket的构造方法中，最常用的是第一个构造方法。
接下来学习一下Socket的常用方法，如表所示。
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方法声明 |
功能描述 |
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int getPort() |
该方法返回一个int类型对象，该对象是Socket对象与服务器端连接的端口号 |
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InetAddress getLocalAddress() |
该方法用于获取Socket对象绑定的本地IP地址，并将IP地址封装成InetAddress类型的对象返回 |
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void close() |
该方法用于关闭Socket连接，结束本次通信。在关闭socket之前，应将与socket相关的所有的输入/输出流全部关闭，这是因为一个良好的程序应该在执行完毕时释放所有的资源 |
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InputStream getInputStream() |
该方法返回一个InputStream类型的输入流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于读取客户端发送的数据，反之，用于读取服务器端发送的数据 |
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OutputStream getOutputStream() |
该方法返回一个OutputStream类型的输出流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于向客户端发送数据，反之，用于向服务器端发送数据 |
在Socket类的常用方法中，getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。
接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输，如下图所示。
3.3 简单的TCP网络程序
了解了ServerSocket、Socket类的基本用法，为了让大家更好地掌握这两个类的使用，接下来通过一个TCP通信的案例来进一步学习。
服务端
package com.zhouzhiyao.TCP; import java.io.IOException; import java.io.OutputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class TCPServer { public static void main(String[] args) { ServerSocket socket = null; OutputStream outputStream = null; try { //建立基站 socket = new ServerSocket(8899); //开始开启接收模式,接到后返回客户端的socket对象 Socket client = socket.accept(); //获取向客户端发送消息的对象流 outputStream = client.getOutputStream(); //向客户端写数据 outputStream.write("你连上了服务器...".getBytes()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { try { outputStream.close(); socket.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }
客户端
package com.zhouzhiyao.TCP; import java.io.InputStream; import java.net.Socket; public class TCPClient { public static void main(String[] args) { Socket socket = null; InputStream inputStream = null; try { //建立基站获取链接地址及端口号 socket = new Socket("localhost", 8899); //获取服务器发过来的字节流 inputStream = socket.getInputStream(); //开始解析字节流 byte[] b = new byte[1024]; String str = ""; int length = -1; while ((length = inputStream.read(b, 0, b.length)) != -1) { str += new String(b, 0, length); } System.out.println(str); /* * int length = inputStream.read(b); System.out.println(new String(b, 0, length)); */ } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { //最后关闭 try { inputStream.close(); socket.close(); } catch (Exception e2) { e2.printStackTrace(); } } } }
3.4、文件上传案例
服务端
package com.zhouzhiyao.TCPImg; import java.io.File; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.InetAddress; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class Server { public static void main(String[] args) { ServerSocket socket = null; Socket client=null;; InputStream in = null; FileOutputStream fOutputStream = null; OutputStream out = null; try { socket = new ServerSocket(8899);//创建服务器,等待客户端连接 client = socket.accept();//获取客户端连接 InetAddress clientInetAddress = client.getInetAddress();//获取客户端信息 System.out.println(clientInetAddress.getHostAddress()+" 已经连接."); in = client.getInputStream();//获取socket输入流 //===========将输入流写入文件 fOutputStream = new FileOutputStream(new File("1.png")); byte[] b = new byte[1024]; int lenght=-1; while((lenght = in.read(b))!=-1){ fOutputStream.write(b, 0, lenght); } //像客户端反馈信息 out = client.getOutputStream(); out.write("图片上传成功ok!".getBytes()); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }finally{ try { out.close(); fOutputStream.close(); in.close(); client.close(); socket.close(); } catch (Exception e2) { e2.printStackTrace(); } } } }
客户端
package com.zhouzhiyao.TCPImg; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.Socket; public class Client { public static void main(String[] args) { Socket socket = null; OutputStream out = null; FileInputStream fInputStream = null; InputStream in = null; try { //创建socket,连接服务器 socket = new Socket("localhost", 8899); //获得socket中的输出流 out = socket.getOutputStream(); //获取本地文件,并且传给服务器 fInputStream = new FileInputStream(new File("E:/在尚学堂/java基础/day02/位运算.png")); byte[] b=new byte[1024]; int length=-1; while((length = fInputStream.read(b))!=-1){ out.write(b, 0, length);//写给服务器 } socket.shutdownOutput();//客户端传送完毕后,必须关闭传送流,告知服务器 //获取socket中的输入流,来读取服务器发过来的消息 in = socket.getInputStream(); byte[] b1=new byte[1024]; int len = in.read(b1); System.out.println(new String(b1,0,len)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally{ try { in.close(); out.close(); fInputStream.close(); socket.close(); } catch (Exception e2) { e2.printStackTrace(); } } } }
服务端多线程代码
package com.zhouzhiyao.TCPImg; import java.io.BufferedOutputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.InetAddress; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class ThreadServer { public static void main(String[] args) { ServerSocket socket; try { socket = new ServerSocket(8899); System.out.println("等待连接..."); while (true) { final Socket client = socket.accept(); InetAddress inetAddress = client.getInetAddress(); System.out.println(inetAddress.getHostAddress()+" 连接成功!"); new Thread() { public void run() { try { InputStream in = client.getInputStream(); BufferedOutputStream bufferedOutputStream=new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg")); byte[] b=new byte[1024]; int len=-1; while((len=in.read(b))!=-1){ bufferedOutputStream.write(b, 0, len); } OutputStream out = client.getOutputStream(); out.write("图片上传成功".getBytes()); out.close(); bufferedOutputStream.close(); in.close(); client.close(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
