[网络协议] Java学习笔记day24-网络编程

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[网络协议]Java学习笔记day24-网络编程

网络编程

概述

在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，可以进行数据传输

三要素

IP地址：设备在网络中的地址，是唯一标识；
端口：应用程序在设备中的唯一标识；
协议：数据在网络传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议。
- UDP协议
  - 用户数据报协议
  - UDP是面向无连接通信协议，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。
- TCP协议
  - 传输控制协议
  - TCP协议是面向连接的通信协议，速度慢，没有大小限制，数据安全。

IP地址

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：是会送地址也称本地回环地址，可以代表本机的IP地址，一般用来测试使用

InetAddress

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

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressTest {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress address = InetAddress.getByName("我也会飞啦");
        String hostName = address.getHostName();
        System.out.println("主机名为："+hostName);
        String hostAddress = address.getHostAddress();
        System.out.println("IP为："+hostAddress);
    }
}

端口

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或者应用。我们自己使用1024以上的端口号就可以了。一个端口号只能被一个应用程序使用。

UDP发送数据

举个栗子：发送礼物

找菜鸟驿站-----------创建发送端的DatagramSocket对象
打包礼物-----------创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)
由驿站发送包裹------------调用DatagramSocket对象的方法发送数据
付钱走人-------------释放资源

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //找驿站
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //打包礼物
        String s = "送给挚爱的人的礼物";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 8888;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
        //发送包裹
        ds.send(dp);
        //付钱走人
        ds.close();
    }
}

UDP接收数据

找接收点-------------创建接收端的DatagramSocket对象
找新箱子-------------创建一个箱子用于接收数据
接收礼物并放回箱子中--------------调用DatagramSocket的方法接收数据并放入箱子中
从箱子里获取礼物---------------解析数据包，并把数据放在控制台显示
拿完走人---------------释放资源

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //找接收点,参数表示接收端从8888端口接收数据
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
        //创建一个新的箱子
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
        //把礼物放到新箱子中
        ds.receive(dp);
        //从新的箱子里获取礼物
        //byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        System.out.println(new String(bytes,0,length));
        //拿完走人
        ds.close();
    }
}

UDP通信程序练习

按照下面的要求实现程序

UDP发送数据：数据来自于键盘录入，直到输入的数据是回见，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

发送端
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        while (true) {
            String s = sc.nextLine();
            if(s.equals("回见")){
                break;
            }
            byte[] bytes = s.getBytes();
            InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            int port = 8888;
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
            ds.send(dp);
        }
        ds.close();
    }
}

接收端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
        while (true) {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
            ds.receive(dp);
            byte[] data = dp.getData();
            int length = dp.getLength();
            System.out.println(new String(data,0,length));
        }
        //ds.close();
    }
}

UDP的三种通信方式

单播：点对点通信
组播：一个发送端通过路由器将数据发送给一组接收端
广播：一个发送端通过路由器将数据发送给局域网中的所有接收端

UDP通信组播

组播地址：224.0.0.0_{239.255.255.255，其中224.0.0.0}224.0.0.255位预留的组播地址

发送端
import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class clientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        String s = "hello组播";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.2.0");
        int port = 8888;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
        ds.send(dp);
        ds.close();
    }
}

接收端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket(8888);
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
        //把当前计算机绑定一个组播地址，表示添加到这一组中
        ms.joinGroup(InetAddress.getByName("224.0.2.0"));
        ms.receive(dp);
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        System.out.println(new String(data,0,length));
        ms.close();
    }
}

UDP通信广播

广播地址：255.255.255.255

发送端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        String s = "嘘！";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
        int port = 8888;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
        ds.send(dp);
        ds.close();
    }
}
接收端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
        ds.receive(dp);
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        System.out.println(new String(data,0,length));
        ds.close();
    }
}

TCP通信原理

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发送数据的步骤

创建客户端的Socket对象(Socket)与指定服务端连接 Socket(String host,int port)
获取输出流，写数据OutputStream getOutputStream()
释放资源void close()

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

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建一个Socket对象
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //获取一份IO流开始写数据
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello".getBytes());
        //释放资源
        os.close();
        socket.close();
    }
}

TCP接收数据

创建服务器端的Socket对象(ServerSocket) ServerSocket(int port)
监听客户端连接，返回一个Socket对象 Socket accept()
获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台 InputStream getInputStream()
释放资源 void close()

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

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Socket对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        //等待客户端连接
        Socket accept = ss.accept();
        //获得输入流对象
        InputStream is = accept.getInputStream();
        int b;
        while ((b = is.read()) != -1){
            System.out.println((char) b);
        }
        //释放资源
        is.close();
        ss.close();
    }
}

注意

accept方法是阻塞的，作用就是等待客户端连接；
客户端创建对象并连接服务器，此时是通过三次握手协议保证跟服务器之间的连接；
针对客户端来讲是往外写的，所以是输出流；针对服务器来讲是往里读的，所以是输入流；
read方法也是阻塞的；
在关流的时候，还多了一个网服务器写结束标记的动作；
最后一次断开连接，通过四次挥手协议保证连接终止；

三此握手

四次挥手

TCP练习1

客户端：发送数据，接收服务器反馈
服务器：接收数据，给出反馈

发送端
import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello".getBytes());
        //os.close;如果在这里关流，会导致整个socket都无法使用
        socket.shutdownOutput();//紧紧关闭输出流，并写一个结束标记，对socket没有任何影响

//        InputStream is = socket.getInputStream();
//        int b;
//        while ((b = is.read()) != -1){
//            System.out.println((char) b);
//        }
//        is.close();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null){
            System.out.println(line);
        }
        br.close();
        os.close();
        socket.close();
    }
}

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

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        Socket accept = ss.accept();
        InputStream is = accept.getInputStream();
        int b;
        while ((b = is.read()) != -1){
            System.out.println((char) b);
        }
//        OutputStream os = accept.getOutputStream();
//        os.write("你是谁？".getBytes());
//        os.close();
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
        bw.write("你是谁？");
        bw.newLine();
        bw.flush();
        bw.close();
        is.close();
        accept.close();
        ss.close();
    }
}

TCP练习2

客户端：将本地文件上传到服务器，接收服务器的反馈
服务器：接收客户端上传的文件，上传完毕之后给出反馈。

客户端
import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //本地流，用来读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("day24\\1.gif"));
        //写到服务器，网络中的流
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(os);
        int b;
        while ((b = bis.read())!=-1){
            bos.write(b);//通过网络写到服务器中
        }
        //给服务器一个结束标记
        socket.shutdownOutput();

        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        String line;
        while ((line = br.readLine())!=null){
            System.out.println(line);
        }
        bis.close();
        socket.close();
    }
}

服务器端
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        Socket accept = ss.accept();
        //网络中的流，从客户端读取数据
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
        //本地的IO流，把数据写到本地，实现永久化存储
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("day24\\2.gif"));
        int b;
        while ((b = bis.read())!=-1){
            bos.write(b);
        }
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
        bw.write("上传成功");
        bw.newLine();
        bw.flush();

        bos.close();
        accept.close();
        ss.close();
    }
}

UUID

该类可以生成唯一且随机的字符串；

import java.util.UUID;

public class UUIDTest {
    public static void main(String[] args) {
        UUID uuid = UUID.randomUUID();
        String s = uuid.toString().replace("-","");
        System.out.println(s);
    }
}

利用循环和UUID对练习2进行优化

只改动服务器端
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        Socket accept = null;
        while (true) {
            accept = ss.accept();
            //网络中的流，从客户端读取数据
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
            //本地的IO流，把数据写到本地，实现永久化存储
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("day24\\"+ UUID.randomUUID().toString().replace("-","")+".gif"));
            int b;
            while ((b = bis.read())!=-1){
                bos.write(b);
            }
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
            bw.write("上传成功");
            bw.newLine();
            bw.flush();

            bos.close();
            accept.close();
        }
        //ss.close();
    }

多线程+线程池进一步优化练习2

线程：
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class ThreadSockt implements Runnable {
    private Socket accept;
    public ThreadSockt(Socket accept) {
        this.accept = accept;
    }

    @Override
    public void run() {
        BufferedOutputStream bos = null;
        try {
            //网络中的流，从客户端读取数据
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
            //本地的IO流，把数据写到本地，实现永久化存储
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("day24\\"+ UUID.randomUUID().toString().replace("-","")+".gif"));
            int b;
            while ((b = bis.read())!=-1){
                bos.write(b);
            }
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
            bw.write("上传成功");
            bw.newLine();
            bw.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (bos !=null){
                try {
                    bos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if (accept != null){
                try {
                    accept.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

只改进服务器端
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3,8,60, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        Socket accept = null;
        while (true) {
            accept = ss.accept();
            ThreadSockt ts = new ThreadSockt(accept);
            //new Thread(ts).start();
            threadPoolExecutor.submit(ts);
        }
        //ss.close();
    }
}

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