网络编程

1、软件架构

C/S结构：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。
B/S结构：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。

两种结构各有优势，但是无论哪种结构，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：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。

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：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。

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。每次发送的数据最大为64kb

2、网络通信三要素

协议

协议：计算机网络通信必须遵守的规则，已经介绍过了，不再赘述。

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”。

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。
特殊的IP地址
本机IP地址： 127.0.0.1 、 localhost 。

端口号

网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？
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

TCP的客户端

在java中，有一个类，可以表示TCP的客户端，这个类叫做Socket

Socket构造方法：
Socket（String host， int port）：
参数host表示目标服务器的IP地址。
参数port表示目标服务器程序的端口。
Socket的其他方法：
OutputStream getOutStream（）：获取输出流，用来发送数据。
InputStream getInputStream（）：获取输入流，用来接收数据。
void close（）：释放资源。
TCP客户端的实现步骤：
（1）创建Socket对象，并指定要连接的服务器的IP地址以及服务器程序的端口号。
（2）调用Socket的getOutputStream方法获取输出流，用来发送数据。
（3）调用输出流的write方法发送数据。
（4）调用Socket的getInputStream方法获取输入流，用来接收数据。
（5）调用输入流的方法接收数据。
（6）释放资源。

public class Demo01Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建Socket对象，并指定要连接的服务器的ip地址以及服务器程序的端口号。
        //创建Socket对象的时候，会主动连接服务器，如果连接不成功，就会报错。三次握手就是在这一步发生的。
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9527);
        //2. 调用Socket的getOutputStream方法获取输出流，用来发送数据。
        //获取到的输出流目的地是服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //3. 调用输出流的write方法发送数据。
        out.write("你好".getBytes());
        //4. 调用Socket的getInputStream方法获取输入流， 用来接收数据。
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //5. 调用输入流的read方法接收数据。
        byte[] bArr = new byte[1024];
        int len = in.read(bArr);
        System.out.println(new String(bArr, 0, len));
        //6. 释放资源。
        socket.close();
    }

TCP案例的服务器的实现

在java中有一个类叫做ServerSocket，这个类表示服务器，我们可以使用这个类实现服务器程序。

ServerSocket的构造方法：
ServerSocket（int port）：
参数要传递int类型的端口号，该端口号表示服务器程序自己的端口号。
ServerSocket的其他方法：
Socket accept（）：监听获取客户端Socket（客户端请求）。
void close（）；释放资源。
服务器程序的实现步骤：
（1）创建ServerSocket对象，表示服务器。
（2）调用服务器的accept方法，监听并获取客户端Socket。
（3）调用Socket对象的输入流，用来接收数据。
（4）调用输入流的read方法，去接收客户端发送过来的数据。
（5）通过Socket对象获取输出流，用来发送数据。
（6）调用输出流的write方法，给客户端发送数据。
（7）释放资源。

public class Demo02Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建ServerSocket对象，表示服务器。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9527);
        //2. 调用服务器的accept方法，监听并获取客户端Socket。
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3. 调用Socket对象获取输入流，用来接收数据。
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //4. 调用输入流的read方法，去接收客户端发送过来的数据。
        byte[] bArr = new byte[1024];
        int len = in.read(bArr);
        System.out.println(new String(bArr, 0, len));
        //5. 通过Socket对象获取输出流，用来发送数据。
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //6. 调用输出流的write方法，给客户端发送数据。
        out.write("收到！".getBytes());
        //7. 释放资源
        socket.close();
        serverSocket.close();

    }

文件上传案例

上传案例的客户端

对于客户端来说，要做的事情是读取自己电脑文件的字节，将这些字节写给服务器。还需要接收服务器发送过来的消息。

客户端的实现步骤：
1. 创建Socket客户端对象
2. 创建FileInputStream流，用来读取客户端自己电脑的文件。
3. 通过Socket获取OutputStream流，用来向服务器写数据。
4. 开始读写，一次读写一个字节数组。每读取到数据，就将读取到的数据写到服务器中。
5. 释放资源。
6. 通过Socket获取InputStream流，用来读取服务器发送过来的数据。
7. 通过InputStream调用read方法读取数据
8. 释放资源

public class Demo01Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建Socket客户端对象
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9527);
        //2. 创建FileInputStream流，用来读取客户端自己电脑的文件。
        InputStream is = new FileInputStream("d:\\client\\aa.jpg");
        //3. 通过Socket获取OutputStream流， 用来向服务器写数据。
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //4. 开始读写，一次读写一个字节数组。 每读取到数据，就将读取到的数据写到服务器中。
        byte[] bArr = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = is.read(bArr)) != -1) {
            //如果条件成立，表示读取到了数据，那么就将读取到的数据写到服务器中
            out.write(bArr, 0, len);
        }
        //告诉服务器，我已经操作完了，以后不会再给你写数据了，你也不要等我了
        socket.shutdownOutput();

        //5. 释放资源。
        is.close();
        //6. 通过Socket获取InputStream流， 用来读取服务器发送过来的数据。
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //7. 通过InputStream调用read方法读取数据
        len = in.read(bArr);
        System.out.println(new String(bArr, 0, len));
        //8. 释放资源
        socket.close();
    }
}

TCP上传案例的服务器

对于服务器来说，要做的事情是读取客户端发送过来的字节，然后将这些字节写到自己电脑。然后给客户端回复（上传成功）

实现步骤：
1. 创建ServerSocket表示服务器。
2. 调用ServerSocket的accept方法，监听获取客户端请求。
3. 调用Socket的getInputStream获取输入流，用来读取客户端发送过来的数据。
4. 创建FileOutputStream字节输出流，用来向服务器自己电脑写数据。
5. 开始读写，一次读写一个字节数组。每读取到数据，就将读取到的数据写到自己电脑。
6. 释放资源、
7. 调用Socket的getOutputStream获取输出流，用来给客户端发送数据。
8. 通过该输出流给客户端写数据。
9. 释放资源。

public class Demo02Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建ServerSocket表示服务器。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9527);
        //2. 调用ServerSocket的accept方法，监听获取客户端请求。
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3. 调用Socket的getInputStream获取输入流，用来读取客户端发送过来的数据。
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //4. 创建FileOutputStream字节输出流，用来向服务器自己电脑写数据。
        //OutputStream os = new FileOutputStream("d:\\server\\aa.jpg");
        //OutputStream os = new FileOutputStream("d:\\server\\" + System.currentTimeMillis() + ".jpg");
        //有一个类叫做UUID，里面有一个方法叫做randomUUID可以获取一个随机不重复的字符序列，然后通过该字符序列调用toString方法可以得到字符串
        OutputStream os = new FileOutputStream("d:\\server\\" + UUID.randomUUID().toString() + ".jpg");


        //5. 开始读写， 一次读写一个字节数组。 每读取到数据，就将读取到的数据写到自己电脑。
        byte[] bArr = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = in.read(bArr)) != -1) {
            //如果条件成立，就表示读取到了数据，就将读取到的数据写到服务器自己电脑
            os.write(bArr, 0, len);
        }
        //6. 释放资源、
        os.close();
        //7. 调用Socket的getOutputStream获取输出流，用来给客户端发送数据。
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //8. 通过该输出流给客户端写数据。
        out.write("上传成功".getBytes());
        //9. 释放资源。
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

服务器改进版

之前的服务器接收一次上传请求后服务器就会停止。
改进：服务器可以一直给客户端执行上传任务，如果第一个客户端上传完了，那么也可以继续给后面的客户端执行上传任务。
我们可以使用死循环，在死循环中，让服务器一直监听客户端的请求，每监听到客户端的请求，那么就给该客户端执行上传任务。
死循环版本的服务器存在的问题：如果有一个客户端上传了非常大的文件，服务器会一直给这个客户端执行上传操作，那么就无法监听下一个客户端的请求了。
问题原因：当程序启动JVM会创建main线程，执行main方法，main线程执行accept方法监听客户端的请求，如果有客户端发来请求了，main线程会向下执行，去该该客户端执行上传任务，如果该上传任务没有执行完，main线程无法向下继续执行，就无法去监听下一个客户端的请求了。
- 解决方式：使用多线程。使用main线程监听客户的请求，如果有客户端来请求了，那么就创建一个新的线程，使用新的线程给该客户端执行上传操作。这样新线程执行上传操作的同时不会影响到main线程，main线程可以继续往下执行，去监听下一个客户端的请求。

@SuppressWarnings("all")
public class Demo04ThreadServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建ServerSocket表示服务器。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9527);
        //在死循环中，让服务器一直监听客户端的请求，每监听到客户端的请求，那么就给该客户端执行上传任务。
        while (true) {
            //2. 调用ServerSocket的accept方法，监听获取客户端请求。
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //创建新的线程，给客户端执行上传任务
            new Thread(() -> {
                try {
                    //3. 调用Socket的getInputStream获取输入流，用来读取客户端发送过来的数据。
                    InputStream in = socket.getInputStream();
                    //4. 创建FileOutputStream字节输出流，用来向服务器自己电脑写数据。
                    OutputStream os = new FileOutputStream("d:\\server\\" + UUID.randomUUID().toString() + ".jpg");
                    //5. 开始读写， 一次读写一个字节数组。 每读取到数据，就将读取到的数据写到自己电脑。
                    byte[] bArr = new byte[1024];
                    int len;
                    while ((len = in.read(bArr)) != -1) {
                        //如果条件成立，就表示读取到了数据，就将读取到的数据写到服务器自己电脑
                        os.write(bArr, 0, len);
                    }
                    //6. 释放资源、
                    os.close();
                    //7. 调用Socket的getOutputStream获取输出流，用来给客户端发送数据。
                    OutputStream out = socket.getOutputStream();
                    //8. 通过该输出流给客户端写数据。
                    out.write("上传成功".getBytes());
                    //9. 释放资源。
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }).start();

        }

    }
}

14 网络编程