JavaSE网络编程

一、网络编程简介

计算机网络

把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源

网络编程的目的

直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯

二、网络通信要素

2.1 IP

唯一的标识 Internet 上的计算机
本地回环地址（hostAddress）：127.0.0.1 主机名（hostName）：localhost
IP地址分类方式1：IPV4 与 IPV6
- IPV4：4个字节组成，4个 0 ~ 255，大约 42亿，2011年已经用完
- IPV6：16字节（128位），写成8个无符号整数
IP地址分类方式2：公网地址（万维网）与私有地址（局域网使用）
- 192.168开头就是私有地址，范围是192.168.0.0 -- 192.168.255.255

2.2 端口号

不同的进程有不同的端口号
0 ~ 65535
端口分类
- 公认端口：0 ~ 1023
- 注册端口：1024 ~ 49151
- 动态/私有端口：49152 ~ 65535

端口号与 IP地址的组合 --- 网络套接字：Socket

2.3 InetAddress类

Internet上的主机有两种方式表示地址
- 域名：www.google.com
- IP地址：196.128.0.1
InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address
InetAddress 类对象含有一个 Internet 主机地址的域名和IP地址
当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器(DNS) 负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。 -------域名解析
InetAdress类的常用方法
- public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）
- public String getHostName()：获取此 IP 地址的主机名
- public boolean isReachable(int timeout)：测试是否可以达到该地址

2.4 网络通信协议

计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标

通信协议分层思想

在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和扩展。

TCP/IP协议簇

传输层协议中有两个非常重要的协议

传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)

TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议

IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信

TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP层、传输层和应用层

Socket

利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实上的标准

网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字

通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点，网络通信其实就是Socket间的通信

Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输

一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端

Scoket分类

流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务

三、TCP网络编程

使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端
在连接中可进行大数据量的传输
传输完毕，需释放已建立的连接，效率低

客户端创建Socket的TCP编程

创建 Socket
打开连接到 Socket 的输入/出流
按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作
关闭 Socket

Socket s = new Socket(“192.168.40.165”,9999);
OutputStream out = s.getOutputStream();
out.write(" hello".getBytes()); 
s.close();

服务器建立 ServerSocket 对象

调用 ServerSocket(int port)
调用 accept()
调用该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()
关闭ServerSocket和Socket对象

ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
Socket s = ss.accept (); 
InputStream in = s.getInputStream(); 
byte[] buf = new byte[1024]; 
int num = in.read(buf); 
String str = new String(buf,0,num); System.out.println(s.getInetAddress().toString()+”:”+str); 
s.close(); 
ss.close();

3.1 基于Socket的TCP编程

package cn.imut;

import org.junit.Test;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

@SuppressWarnings("all")
public class TCPTest {
    public static void main(String[] args) {

    }

    @Test
    public void client() {
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            socket = new Socket(inet, 8899);

            os = socket.getOutputStream();
            os.write("你好，我是客户端".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                os.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    @Test
    public void server() {
        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        try {
            ss = new ServerSocket(8899);
            socket = ss.accept();

            is = socket.getInputStream();
            //不建议这样写
//        byte[] buffer = new byte[20];
//        int len;
//        while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
//            String str = new String(buffer,0,len);
//            System.out.println(str);
//        }
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[20];
            int len;
            while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
                String str = new String(buffer,0,len);
                System.out.println(str);
            }
            System.out.println(baos.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                is.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                is.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                ss.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

四、UDP网络编程

将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
每个数据报的大小限制在64K内
发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
可以广播发送
发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序， UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收，系统不保证 UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不能确定什么时候可以抵达DatagramPacket 对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP 地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号

UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和接收方的连接。如同发快递包裹一样

发送端

DatagramSocket ds = null;
try { 
    ds = new DatagramSocket();
    byte[] by = "hello,atguigu.com".getBytes(); 
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by, 0, by.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10000); 
    ds.send(dp); 
} catch (Exception e) { 
    e.printStackTrace(); 
} finally { 
    if (ds != null) 
        ds.close(); 
}

接收端

DatagramSocket ds = null; 
try { 
    ds = new DatagramSocket(10000);
    byte[] by = new byte[1024];
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by, by.length); 
    ds.receive(dp); 
    String str = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()); 
    System.out.println(str + "--" + dp.getAddress()); 
} catch (Exception e) { 
    e.printStackTrace(); 
} finally { 
    if (ds != null) 
        ds.close(); 
}