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[网络协议]Java网络编程

网络编程入门

软件结构

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。

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

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。

网络通信协议

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。

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。

在这里插入图片描述

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：TCP和UDP。

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。

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，例如下载文件、浏览网页等。
整个交互过程如下图所示。

在这里插入图片描述

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。

网络编程三要素

协议

计算机网络通信必须遵守的规则.

IP地址

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:

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:

查看本机IP地址，在控制台输入：

ipconfig

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(举例说明)

特殊的IP地址:

本机IP地址： 127.0.0.1 、 localhost 。

端口号

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。

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。

TCP通信程序

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：

服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
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：

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。

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：

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。

例：

Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);

成员方法:

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。
关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。

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。

public void close() ：关闭此套接字。

一旦一个socket被关闭，它不可再使用。
关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。

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。

ServerSocket类

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:
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。

例如：

ServerSocket server = new ServerSocket(1234);

成员方法：
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。

简单的TCP网络程序

TCP通信分析图解：

【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。
【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
【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。

在这里插入图片描述
客户端向服务器发送数据：
服务端实现：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8848);

        Socket socket= serverSocket.accept();

        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte bytes[]=new byte[1024];
        int len=inputStream.read(bytes);

        System.out.println(new String(bytes,0,len));

        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("收到，谢谢".getBytes());
        serverSocket.close();
    }
}

客户端实现:

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8848);

        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("你好，服务器，我是客户端".getBytes());

        InputStream inputStream = socket.getInputStream();

        byte bytes[]=new byte[1024];
        int len=inputStream.read(bytes);

        System.out.println(new String(bytes,0,len));

        socket.close();
    }
}

综合案例

文件上传分析

【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。

在这里插入图片描述
客户端：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class Fileclient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\1.jpg");
        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",6666);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        int len=0;
        byte bytes[]=new byte[1024];
        while ((len=fileInputStream.read(bytes))!=-1)
        {
            outputStream.write(bytes);
        }
        socket.close();
    }
}

服务器端：

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;

public class Fileserver{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(6666);

        while (true) {
            File file = new File("C:\\");
            if (!file.exists())
                file.mkdirs();

            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            String fileName = "itcast" + System.currentTimeMillis() +new Random().nextInt(999999) + ".jpg";

            FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file.getAbsoluteFile() + fileName);
            int len = 0;
            byte bytes[] = new byte[1024];
            while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {
                fileOutputStream.write(bytes, 0, len);
            }
        }
    }
}

模拟B\S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。
首先将网络文件放到idea项目下
在这里插入图片描述

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class BSserver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000);

        while (true)
        {
            Socket socket=serverSocket.accept();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        InputStream inputStream=socket.getInputStream();
                        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));

                        String line=bufferedReader.readLine();
                        System.out.println(line);
                        String arr[]=line.split(" ");
                        String htmlpath=arr[1].substring(10);
                        System.out.println(line);

                        FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(htmlpath);

                        OutputStream os = socket.getOutputStream();
                        os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
                        os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
                        // 必须要写入空行,否则浏览器不解析
                        os.write("\r\n".getBytes());
                        int len = 0;
                        byte[] bytes = new byte[1024];
                        while((len = fileInputStream.read(bytes))!=-1){
                            os.write(bytes,0,len);
                        }
                        fileInputStream.close();
                        socket.close();
                    }
                    catch (Exception e)
                    {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}