1.网络编程入门
1.1 网络编程概述【理解】
- 计算机网络
是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统 - 网络编程
在网络通信协议下，实现网络中不同计算机上运行的程序间的数据交换。
比如：飞秋、QQ软件等，都是通过网络编程实现的网络通信工具
1.2 网络编程三要素-概述【理解】
- IP地址
要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定要接收数据的计算机和识别发送的计算机，而IP地址就是这个标识号。也就是设备的标识
网络中计算机的唯一标识 - 端口
端口号就可以唯一标识设备中的应用程序了。也就是应用程序的标识 - 协议
在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、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才能完成数据交换。常见的协议有UDP协议和TCP协议
1.3 网络编程三要素-IP地址【理解】
IP地址：是网络中设备的唯一标识
- IP地址分为两大类
- IPv4：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多
- 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。为了扩大地址空间，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，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题
- DOS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：是回送地址，可以代表本机地址，一般用来测试使用
1.4 InetAddress【应用】
InetAddress：此类表示Internet协议（IP）地址
相关方法 | 方法名 | 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 |
代码演示
/*** InetAddress*/public class MainClass {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {//根据机器名称获取InetAddress 对象//InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("LAPTOP-RN67E78P");//根据IP地址获取netAddress 对象InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("192.168.22.52");System.out.println("主机地址:" + inetAddress.getHostAddress());System.out.println("主机名称:" + inetAddress.getHostName());System.out.println("------------------------");//获取本机的InetAddressInetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();System.out.println("本机的IP:" + localHost.getHostAddress());System.out.println("本机的主机:" + localHost.getHostName());}}
1.5 端口【理解】
- 端口
- 设备上应用程序的唯一标识
- 端口号
- 用两个字节表示的整数，它的取值范围是01023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
- 明星端口：MySql：3306 Tomcat：8080 SqlServer:1433
- 显示所有端口：netstat -ano
- 根据PID查看端口：netstat -ano | findstr 8688
1.6 协议【理解】
- 计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议。
- UDP协议
一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务- 特点：
- UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接，因此减少了开销和发送数据之前的时延。
- UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
- UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
- 开销小，传输快。
- 特点：
- TCP协议
- 特点：
- TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）。
- TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达。
- 每一条TCP连接只能是点到点的。
- 相对UDP传输开销大，传输慢。
- 特点：
- 面试题 UDP和TCP协议的区别是什么?
- 基于连接和无连接
- 基于传输的可靠性
- 基于广播性质
- 基于效率
2.UDP通信程序
2.1 UDP发送数据【应用】
- Java中的UDP通信
- UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，但是这两个Socket只是发送，接收数据的对象，因此对于基于UDP协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器的概念
- Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket
构造方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | DatagramSocket() | 创建数据报套接字并将其绑定到本机地址上的任何可用端口 | | DatagramPacket(byte[] buf,int len,InetAddress add,int port) | 创建数据包,发送长度为len的数据包到指定主机的指定端口 |
相关方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | void send(DatagramPacket p) | 发送数据报包 | | void close() | 关闭数据报套接字 | | void receive(DatagramPacket p) | 从此套接字接受数据报包 |
发送数据的步骤
- 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
- 创建数据，并把数据打包
- 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
- 关闭发送端
代码演示
/*** UDP发送数据*/public class MainClass {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建发送端的Socket对象DatagramSocket ds = new DatagramSocket();byte[] bytes = "亲爱的，你家里有人吗？都不在家，我去找你。。。".getBytes();//构造一个数据包，发送长度为 length的数据包到指定主机上的指定端口号DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10086);//调用DatagramSocket对象的方法发送数据ds.send(dp);//关闭发送端ds.close();}}
2.2 UDP接收数据【应用】
- 接收数据的步骤
- 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)，参数为应用的端口号。
- 创建一个数据包，用于接收数据
- 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
- 解析数据包，并把数据在控制台显示
- 关闭接收端
构造方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | DatagramPacket(byte[] buf, int len) | 创建一个DatagramPacket用于接收长度为len的数据包 |
接收数据方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | void receive(DatagramPacket dp) | 接收数据，阻塞方法 |
解析数据包相关方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | byte[] getData() | 返回数据缓冲区 | | int getLength() | 返回要发送的数据的长度或接收的数据的长度 |
示例代码
public class ReceiveDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);//创建一个数据包，用于接收数据byte[] bys = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);//调用DatagramSocket对象的方法接收数据ds.receive(dp);//解析数据包，并把数据在控制台显示System.out.println("数据是：" + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));}}}
2.3 UDP通信程序练习【应用】
- 案例需求
UDP发送数据：数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，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 代码实现 ```java /* UDP发送数据：
数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束
*/ public class SendDemo { public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket();//键盘录入数据Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {String s = sc.nextLine();//输入的数据是886，发送数据结束if ("886".equals(s)) {break;}//创建数据，并把数据打包byte[] bys = s.getBytes();DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 12345);//调用DatagramSocket对象的方法发送数据ds.send(dp);}//关闭发送端ds.close();
} }
/ 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 / public class ReceiveDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { //创建接收端的Socket对象(DatagramSocket) DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345); while (true) { //创建一个数据包，用于接收数据 byte[] bys = new byte[1024]; DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length); //调用DatagramSocket对象的方法接收数据 ds.receive(dp); //解析数据包，并把数据在控制台显示 System.out.println(“数据是：” + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength())); } //关闭接收端 // ds.close(); } }
<a name="d20ab5be"></a>### 2.4 UDP三种通讯方式【理解】- 单播<br />单播用于两个主机之间的端对端通信- 组播<br />组播用于对一组特定的主机进行通信- 广播<br />广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信<a name="f0315f2f"></a>### 2.5 UDP组播实现【理解】- IP协议为组播提供了一些特除的IP地址：在224.0.0.0到239.255.255.255之间- 224.0.0.0～224.0.0.255为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用；- 224.0.1.0～224.0.1.255是公用组播地址- 实现步骤- 发送端1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)1. 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)1. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据(在单播中,这里是发给指定IP的电脑但是在组播当中,这里是发给组播地址)1. 释放资源- 接收端5. 创建接收端Socket对象(MulticastSocket)5. 创建一个箱子,用于接收数据5. 把当前计算机绑定一个组播地址5. 将数据接收到箱子中5. 解析数据包,并打印数据5. 释放资源- 代码实现```java// 发送端public class ClinetDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket();String s = "hello 组播";byte[] bytes = s.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.1.0");int port = 10000;// 2. 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);// 3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据(在单播中,这里是发给指定IP的电脑但是在组播当中,这里是发给组播地址)ds.send(dp);// 4. 释放资源ds.close();}}// 接收端public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建接收端Socket对象(MulticastSocket)MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);// 2. 创建一个箱子,用于接收数据DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);// 3. 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("224.0.1.0"));// 4. 将数据接收到箱子中ms.receive(dp);// 5. 解析数据包,并打印数据byte[] data = dp.getData();int length = dp.getLength();System.out.println(new String(data,0,length));// 6. 释放资源ms.close();}}
2.6 UDP广播实现【理解】
- 广播地址：255.255.255.255
- 实现步骤
- 发送端
- 创建发送端Socket对象(DatagramSocket)
- 创建存储数据的箱子,将广播地址封装进去
- 发送数据
- 释放资源
- 接收端
- 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
- 创建一个数据包，用于接收数据
- 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
- 解析数据包，并把数据在控制台显示
- 关闭接收端
- 发送端
- 代码实现
// 发送端public class ClientDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建发送端Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket();// 2. 创建存储数据的箱子,将广播地址封装进去String s = "广播 hello";byte[] bytes = s.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();}}// 接收端public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);// 2. 创建一个数据包，用于接收数据DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);// 3. 调用DatagramSocket对象的方法接收数据ds.receive(dp);// 4. 解析数据包，并把数据在控制台显示byte[] data = dp.getData();int length = dp.getLength();System.out.println(new String(data,0,length));// 5. 关闭接收端ds.close();}}
3.TCP通信程序
3.1 TCP发送数据【应用】
- Java中的TCP通信
- Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装，使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信。
- Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类
构造方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | Socket(InetAddress address,int port) | 创建流套接字并将其连接到指定IP指定端口号 | | Socket(String host, int port) | 创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号 |
相关方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | InputStream getInputStream() | 返回此套接字的输入流 | | OutputStream getOutputStream() | 返回此套接字的输出流 |
示例代码
public class ClientDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建客户端的Socket对象(Socket)//Socket(String host, int port) 创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号Socket s = new Socket("127.0.0.1",10000);//获取输出流，写数据//OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流OutputStream os = s.getOutputStream();os.write("hello,tcp,我来了".getBytes());//释放资源os.close();s.close();}}
3.2 TCP接收数据【应用】
构造方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | ServletSocket(int port) | 创建绑定到指定端口的服务器套接字 |
相关方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | Socket accept() | 监听要连接到此的套接字并接受它 |
示例代码
public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);//侦听要连接到此套接字并接受它Socket accept = ss.accept();//阻塞//获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台InputStream inputStream = accept.getInputStream();int by;while ((by = inputStream.read()) != -1) {System.out.println((char)by);}System.out.println("收到消息...");inputStream.close();ss.close();}}
3.3 TCP原理分析【理解】
注意事项
- 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
- 客户端在关流的时候，还多了一个往服务器写结束标记的动作
- 最后一步断开连接，通过四次挥手协议保证连接终止
- 三次握手和四次挥手
- 三次握手
- 四次挥手
- 三次握手
3.4 TCP程序练习【应用】
- 案例需求
客户端：发送数据，接受服务器反馈
服务器：收到消息后给出反馈 - 案例分析
- 客户端创建对象，使用输出流输出数据
- 服务端创建对象，使用输入流接受数据
- 服务端使用输出流给出反馈数据
- 客户端使用输入流接受反馈数据
代码实现 ```java // 客户端 public class ClientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write("hello".getBytes());//仅仅关闭输出流.并写一个结束标记,对socket没有任何影响socket.shutdownOutput();//接收反馈数据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();
} }
// 服务器 public class ServerDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { ServerSocket ss = new ServerSocket(10000); Socket accept = ss.accept(); InputStream is = accept.getInputStream(); int b; while((b = is.read())!=-1){ System.out.println((char) b); }
System.out.println("看看我执行了吗?");BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));bw.write("收到，谢谢！");bw.newLine();bw.flush();bw.close();is.close();accept.close();ss.close();}
}
<a name="4487038c"></a>### 3.5 TCP程序文件上传练习【应用】- 案例需求<br />客户端：数据来自于本地文件，接收服务器反馈<br />服务器：接收到的数据写入本地文件，给出反馈- 案例分析- 创建客户端对象，创建输入流对象指向文件，每读一次数据就给服务器输出一次数据，输出结束后使用shutdownOutput()方法告知服务端传输结束- 创建服务器对象，创建输出流对象指向文件，每接受一次数据就使用输出流输出到文件中，传输结束后。使用输出流给客户端反馈信息- 客户端接受服务端的回馈信息- 相关方法| 方法名 | 说明 || --- | --- || void shutdownInput() | 将此套接字的输入流放置在“流的末尾” || void shutdownOutput() | 禁止用此套接字的输出流 |- 代码实现```java// 客户端public class ClientDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);//是本地的流,用来读取本地文件的.BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("socketmodule\\ClientDir\\1.jpg"));//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}bos.flush();//给服务器一个结束标记,告诉服务器文件已经传输完毕socket.shutdownOutput();BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String line;while((line = br.readLine()) !=null){System.out.println(line);}bis.close();os.close();socket.close();}}// 服务器public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);Socket accept = ss.accept();//网络中的流,从客户端读取数据的BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());//本地的IO流,把数据写到本地中,实现永久化存储BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("socketmodule\\ServerDir\\copy.jpg"));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();bis.close();accept.close();ss.close();}}
3.6 TCP程序服务器优化【应用】
优化方案一
- 需求
服务器只能处理一个客户端请求，接收完一个图片之后，服务器就关闭了。 - 解决方案
使用循环 代码实现
// 服务器代码如下,客户端代码同上个案例,此处不再给出public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);while (true) {Socket accept = ss.accept();//网络中的流,从客户端读取数据的BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());//本地的IO流,把数据写到本地中,实现永久化存储BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("optimizeserver\\ServerDir\\copy.jpg"));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();}}
- 需求
优化方案二
- 需求
第二次上传文件的时候，会把第一次的文件给覆盖。 - 解决方案
UUID. randomUUID()方法生成随机的文件名 代码实现
// 服务器代码如下,客户端代码同上个案例,此处不再给出public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);while (true) {Socket accept = ss.accept();//网络中的流,从客户端读取数据的BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());//本地的IO流,把数据写到本地中,实现永久化存储BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("optimizeserver\\ServerDir\\" + UUID.randomUUID().toString() + ".jpg"));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();}}
- 需求
优化方案三
- 需求
使用循环虽然可以让服务器处理多个客户端请求。但是还是无法同时跟多个客户端进行通信。 - 解决方案
开启多线程处理 代码实现
// 线程任务类public class ThreadSocket implements Runnable {private Socket acceptSocket;public ThreadSocket(Socket accept) {this.acceptSocket = accept;}@Overridepublic void run() {BufferedOutputStream bos = null;try {//网络中的流,从客户端读取数据的BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(acceptSocket.getInputStream());//本地的IO流,把数据写到本地中,实现永久化存储bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("optimizeserver\\ServerDir\\" + UUID.randomUUID().toString() + ".jpg"));int b;while((b = bis.read()) !=-1){bos.write(b);}BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(acceptSocket.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 (acceptSocket != null){try {acceptSocket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}}// 服务器代码public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);while (true) {Socket accept = ss.accept();ThreadSocket ts = new ThreadSocket(accept);new Thread(ts).start();}//ss.close();}}
- 需求
优化方案四
- 需求
使用多线程虽然可以让服务器同时处理多个客户端请求。但是资源消耗太大。 - 解决方案
加入线程池 代码实现
// 服务器代码如下,线程任务类代码同上,此处不再给出public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3,//核心线程数量10, //线程池的总数量60, //临时线程空闲时间TimeUnit.SECONDS, //临时线程空闲时间的单位new ArrayBlockingQueue<>(5),//阻塞队列Executors.defaultThreadFactory(),//创建线程的方式new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()//任务拒绝策略);while (true) {Socket accept = ss.accept();ThreadSocket ts = new ThreadSocket(accept);//new Thread(ts).start();pool.submit(ts);}//ss.close();}}
- 需求
1.完成核心功能
2.功能完善
3.性能
若有收获，就点个赞吧
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