Java进阶：什么是TCP/IP？如何运用！

目录

一、网络通信协议
二、UDP协议与TCP协议
三、UDP通信
四、TCP通信
五、TCP图片上传案例
六、多线程上传

案例一、网络通信协议

1. 网络模型TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能：

链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。
网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。
传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。
应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

2. IP地址

• 在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机
• 目前，IP地址广泛使用的版本是 IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，如：00001010000000000000000000000001。
• 由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式， 每个字节用一个十进制数字(0-255)表示，数字间用符号“.”分开，如 “192.168.1.100”
• 127.0.0.1 为 本地主机地址(本地回环地址)
• DOS命令 ipconfig：查看本机IP地址

3. 端口号

• 通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。
• 在计算机中，不同的应用程序 是通过 端口号区分的。
• 端口号是用两个字节（16位的二进制数）表示的，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，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用

4. InetAddress类

概述

• java.net.InetAddress:表示互联网中的IP地址

静态方法

• static InetAddress getLocalHost() LocalHost：返回本地主机，返回值 **InetAddress **对象
• static InetAddress getByName(String hostName)：传递主机名，获取 IP地址对象

非静态方法

• String getHoustAddress()：获取主机IP地址
• String getHoustName()：获取主机名

public class InetAddressDemo {
    
    
    public static void main(String[] args)throws UnknownHostException {
    
    
        function();
    }

    public static void function_1()throws UnknownHostException {
    
    
        InetAddress inet = InetAddress.getByName("DESKTOP-R4DV6BJ");
        System.out.println(inet);
    }

    public static void function() throws UnknownHostException{
    
    
        InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
        //输出结果就是主机名和IP地址
        System.out.println(inet.toString());
        //分开
        String ip = inet.getHostAddress();
        String name = inet.getHostName();
        System.out.println(ip+"   "+name);
    }
}

二、UDP协议与TCP协议

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。
• UDP协议特点: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。

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

三、UDP通信

1. 数据包和发送对象

• 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
• DatagramPacket：封装数据
• DatagramSocket：发送 DatagramPacket

2. UDP发送端

• 实现 UDP 协议的发送端
  • 实现封装数据的类 java.net.DatagramPacket 将数据包装
  • 实现数据传输的类 java.net.DatagramSocket 将数据包发出去
• 实现步骤

1.创建 DatagramPacket 对象,封装数据, 接收的地址和端口
2.创建 DatagramSocket 对象
3.调用 DatagramSocket 类方法 send ，发送数据包
4.关闭资源

• DatagramPacket构造方法
• DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：字节数组，发送多少，IP地址，端口号
• DatagramSocket构造方法:
  • DatagramSocket()：空参数
  • 方法: send(DatagramPacket d)

public class UDPSend {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException{
    
    
        //创建数据包对象,封装要发送的数据,接收端IP,端口 
        byte[] date = "你好UDP".getBytes();
        //创建InetAddress对象,封装自己的IP地址 
        InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(date, date.length, inet,6000);
        //创建DatagramSocket对象,数据包的发送和接收对象 
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //调用ds对象的方法send,发送数据包 
        ds.send(dp);
        //关闭资源 
        ds.close();
    }
}

3. UDP接收端

• 实现UDP接收端
  • 实现封装数据包 java.net.DatagramPacket 将数据接收
  • 实现数据传输 java.net.DatagramSocket 接收数据包
• 实现步骤

1.创建 DatagramSocket 对象，绑定端口号，要和发送端端口号一致
2.创建字节数组，接收发来的数据
3.创建数据包对象 DatagramPacket
4.调用 DatagramSocket 对象方法，receive(DatagramPacket dp)接收数据，数据放在数据包中
5.拆包：

• 发送的IP地址 ：数据包对象 DatagramPacket 方法getAddress()获取的是发送端的IP地址对象，返回值是 InetAddress对象
• 接收到的字节个数：数据包对象DatagramPacket方法 getLength()
• 发送方的端口号：数据包对象 DatagramPacket 方法 getPort()发送端口

6. 关闭资源

public class UDPReceive {
    
    
    public static void main(String[] args)throws IOException {
    
    
        //创建数据包传输对象DatagramSocket 绑定端口号
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6000);
        //创建字节数组
        byte[] data = new byte[1024];
        //创建数据包对象,传递字节数组
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length);
        //调用ds对象的方法receive传递数据包
        ds.receive(dp);

        //获取发送端的IP地址对象
        String ip=dp.getAddress().getHostAddress();

        //获取发送的端口号
        int port = dp.getPort();

        //获取接收到的字节个数
        int length = dp.getLength();
        System.out.println(ip+" "+port+":"+new String(data,0,length));
        ds.close();
    }
}

四、TCP通信

1. 概述

• 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。

一个socket连接如何唯一标识？
源端（ip+端口号）、目的（ip+端口号）唯一确定一个tcp连接

2. TCP的客户端程序

• 实现TCP客户端，连接到服务器和服务器实现数据交换
• 实现TCP客户端程序的类： java.net.Socket
• 构造方法：
• Socket(String host, int port):传递服务器IP和端口号

构造方法只要运行,就会和服务器进行连接,连接失败就抛出异常

• OutputStream getOutputStream()：返回套接字的输出流。作用： 将数据输出,输出到服务器
• InputStream getInputStream(): 返回套接字的输入流；作用： 从服务器端读取数据
• 客户端服务器数据交换，必须使用套接字对象 Socket 中的获取的IO流，自己 new 的流是不行的

public class TCPClient {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    
    
        //创建Socket对象，连接服务器
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        //通过客户端的套接字对象 Socket方法，获取字节输出流将数据写向服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("服务器ok！".getBytes());

        //读取服务器发回的数据，使用socket套接字对象中字节输入流
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] data = new byte[1024];
        int len = in.read(data);
        System.out.println(new String(data,0,len));

        socket.close();
    }
}

3. TCP的服务器程序 & accept 方法

• 表示服务器程序的类： java.net.ServerSocket
• 构造方法： ServerSocket(int port)： 传递端口号
• 必须要获得客户端的套接字对象 Socket：Socket accept()

public class TCPServer {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    
    
        ServerSocket service = new ServerSocket(8888);
        //调用服务器套接字对象中的方法accpet() ，获取客户端套接字对象
        Socket socket = service.accept();
        //通过客户端套接字对象Socket，获取字节输入流，读取客户端发送来的消息
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] data = new byte[1024];
        int len = in.read(data);
        System.out.println(new String(data,0,len));

        //服务器向客户端回数据，字节输出流，通过客户端套接字对象获取字节输出流
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("收到，谢谢！！".getBytes());

        socket.close();
        service.close();
    }
} 

五、TCP图片上传案例

1. TCP上传客户端

• 实现步骤:

1.Socket套接字连接服务器
2.通过Socket获取字节输出流,写图片
3.使用自己的流对象,读取图片数据源(FileInputStream、缓冲流）
4.读取图片,使用字节输出流,将图片写到服务器（采用字节数组进行缓冲）
5.通过Socket套接字获取字节输入流，读取服务器发回来的上传成功
6.关闭资源

public class TCPClient {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    
    
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8000);
        //获取字节输出流，将图片写到服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //创建字节输入流，读取本机上的数据源图片
        FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\test.jpg");
        //开始读写字节数组
        int len = 0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while((len = fis.read(bytes)) != -1){
    
    
            out.write(bytes,0,len);
        }

        //给服务器写终止序列,向服务端写入一个结束标志
        socket.shutdownOutput();

        //获取字节输入流，读取服务器的"上传成功"
        InputStream in = socket.getInputStream();

        len = in.read(bytes); //复用byte数组
        System.out.println(new String(bytes,0,len));

        fis.close();
        socket.close();
    }
}

2. TCP上传服务器

1.ServerSocket套接字对象,监听端口8000
2.方法accept()获取客户端的连接对象
3.客户端连接对象获取字节输入流,读取客户端发送图片
4.创建File对象，绑定上传文件夹（判断文件夹存在，不存在，创建文件夹）
5.创建字节输出流，数据目的File对象所在文件夹
6.字节流读取图片，字节流将图片写入到目的文件夹中
7.将上传成功会写客户端
8.关闭资源

public class TCPServer {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    
    
        ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
        Socket socket = server.accept();
        //通过客户端连接对象,获取字节输入流,读取客户端图片
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //将目的文件夹封装到File对象
        File upload = new File("E:\\upload");
        if(! upload.exists()){
    
    
            upload.mkdirs();
        }

        //防止文件同名被覆盖,重新定义文件名字
        //规则:  域名+当前毫秒值+6位随机数
        String filename="wangdao"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(999999)+".jpg";

        //创建字节输出流,将图片写入到目的文件夹中
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload+File.separator+filename);
        //读写字节数组
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = 0;
        while((len = in.read(bytes)) != -1){
    
    
            fos.write(bytes,0,len);
        }

        //通过客户端连接对象获取字节输出流
        //将"上传成功"写回客户端
        socket.getOutputStream().write("上传成功！".getBytes());

        fos.close();
        socket.close();
        server.close();
    }
}

六、多线程上传案例

1. 客户端（不变）

public class TCPClient {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    
    
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8000);
        //获取字节输出流，将图片写到服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //创建字节输入流，读取本机上的数据源图片
        FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\test.jpg");
        //开始读写字节数组
        int len = 0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while((len = fis.read(bytes)) != -1){
    
    
            out.write(bytes,0,len);
        }

        //给服务器写终止序列,向服务端写入一个结束标志
        socket.shutdownOutput();

        //获取字节输入流，读取服务器的"上传成功"
        InputStream in = socket.getInputStream();

        len = in.read(bytes); //复用byte数组
        System.out.println(new String(bytes,0,len));

        fis.close();
        socket.close();
    }
}

2. 创建 Upload，实现 Runnable

public class Upload implements Runnable {
    
    
    private Socket socket;
    //传递socket
    public Upload(Socket socket){
    
    
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
    
    

        //通过客户端连接对象,获取字节输入流,读取客户端图片
        InputStream in = null;
        try {
    
    
            in = socket.getInputStream();
            //将目的文件夹封装到File对象
            File upload = new File("E:\\upload");
            if(! upload.exists()){
    
    
                upload.mkdirs();
            }

            //防止文件同名被覆盖,重新定义文件名字
            //规则:  域名+当前毫秒值+6位随机数
            String filename="wangdao"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(999999)+".jpg";

            //创建字节输出流,将图片写入到目的文件夹中
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload+File.separator+filename);
            //读写字节数组
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = 0;
            while((len = in.read(bytes)) != -1){
    
    
                fos.write(bytes,0,len);
            }

            //通过客户端连接对象获取字节输出流
            //将"上传成功"写回客户端
            socket.getOutputStream().write("上传成功！".getBytes());
            fos.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 服务端

public class TCPThreadServer {
    
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    
    
        ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
        while(true){
    
    
            //获取到一个客户端,必须开启新线程,为这个客户端服务
            Socket socket = server.accept();
            new Thread(new Upload(socket)).start();
        }
    }
}