网络编程入门
软件结构
- C/S结构 ：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷等软件。
- B/S结构 ：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。
两种架构各有优势，但是无论哪种架构，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
- 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。
上图中，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：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，网线提供驱动
- 网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，他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路
- 传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时候，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议
- 应用层：主要负责用程序的协议，例如HTTP协议，FTP协议等等。
协议分类
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。整个交互过程如下图所示。
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。
网络编程三要素
协议
- 协议：计算机网络通信必须遵守的规则。
IP地址
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”。
IP地址分类
- 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。
常用命令
- 查看本机IP地址,在控制台输入：ipconfig
- 检查网络是否连通，在控制台输入： ping 空格 IP地址 例如：ping 220.181.57.216
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通信程序
概述
TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（Client）与服务端（Server）。
两端通信时步骤：
- 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
- 客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。
在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序：
- 客户端： java.net.Socket 类表示。创建 Socket 对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
- 服务端： java.net.ServerSocket 类表示。创建 ServerSocket 对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接
Socket类
Socket 类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点
构造方法
- public Socket(String host, int port) :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ，则相当于指定地址为回送地址。回送地址(127.x.x.x) 是本机回送地址（Loopback Address），主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。
成员方法
- public InputStream getInputStream() ： 返回此套接字的输入流。如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。
- public OutputStream getOutputStream() ： 返回此套接字的输出流。如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。
- public void close() ：关闭此套接字。一旦一个socket被关闭，它不可再使用。关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。
- public void shutdownOutput() ： 禁用此套接字的输出流。任何先前写出的数据将被发送，随后终止输出流。
实现步骤:
- 创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
- 使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
- 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
- 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
- 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
- 释放资源(Socket)
注意:
- 客户端和服务器端进行交互,必须使用Socket中提供的网络流,不能使用自己创建的流对象
- 当我们创建客户端对象Socket的时候,就会去请求服务器和服务器经过3次握手建立连接通路,这时如果服务器没有启动,那么就会抛出异常ConnectException: Connection refused: connect,如果服务器已经启动,那么就可以进行交互了。
客户端向服务器发送数据
客户端实现：
package demo01; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.Socket; public class TCPClient { public static void main(String[] args) throws IOException { //1.创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号 Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888); //2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据 os.write("你好服务器".getBytes()); //4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据 byte[] bytes = new byte[1024]; int len = is.read(bytes); System.out.println(new String(bytes, 0, len)); //6.释放资源(Socket) socket.close(); } }
ServerSocket类
ServerSocket 类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。
构造方法
- public ServerSocket(int port) ：使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数port就是端口号。
成员方法
- public Socket accept() ：侦听并接受连接，返回一个新的Socket对象，用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。
服务器的实现步骤:
- 创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
- 使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
- 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
- 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据
- 使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
- 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据
- 释放资源(Socket,ServerSocket)
服务端实现：
package demo01; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; /* TCP通信的服务器端:接收客户端的请求,读取客户端发送的数据,给客户端回写数据 表示服务器的类: java.net.ServerSocket:此类实现服务器套接字。 构造方法: ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。 服务器端必须明确一件事情,必须的知道是哪个客户端请求的服务器 所以可以使用accept方法获取到请求的客户端对象Socket 成员方法: Socket accept() 侦听并接受到此套接字的连接。 */ public class TCPServer { public static void main(String[] args) throws IOException { //1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号 ServerSocket server = new ServerSocket(8888); //2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket Socket socket = server.accept(); //3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据 byte[] bytes = new byte[1024]; int len = is.read(bytes); System.out.println(new String(bytes, 0, len)); //5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据 os.write("收到谢谢".getBytes()); //7.释放资源(Socket,ServerSocket) socket.close(); server.close(); } }
文件上传案例
文件上传分析图解
1. 【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
2. 【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
3. 【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
4. 【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。
服务端实现：
import java.io.File; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.Random; /* 文件上传案例服务器端:读取客户端上传的文件,保存到服务器的硬盘,给客户端回写"上传成功" 明确: 数据源:客户端上传的文件 目的地:服务器的硬盘 d:\\upload\\1.jpg 实现步骤: 1.创建一个服务器ServerSocket对象,和系统要指定的端口号 2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端Socket对象 3.使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象 4.判断d:\\upload文件夹是否存在,不存在则创建 5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地 6.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端上传的文件 7.使用本地字节输出流FileOutputStream对象中的方法write,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上 8.使用Socket对象中的方法getOutputStream,获取到网络字节输出流OutputStream对象 9.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写"上传成功" 10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket) */ public class TCPServer { public static void main(String[] args) throws IOException { //1.创建一个服务器ServerSocket对象,和系统要指定的端口号 ServerSocket server = new ServerSocket(8888); //2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端Socket对象 /* 让服务器一直处于监听状态(死循环accept方法) 有一个客户端上传文件,就保存一个文件 */ while(true){ Socket socket = server.accept(); /* 使用多线程技术,提高程序的效率 有一个客户端上传文件,就开启一个线程,完成文件的上传 */ new Thread(new Runnable() { //完成文件的上传 @Override public void run() { try { //3.使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.判断d:\\upload文件夹是否存在,不存在则创建 File file = new File("d:\\upload"); if(!file.exists()){ file.mkdirs(); } /* 自定义一个文件的命名规则:防止同名的文件被覆盖 规则:域名+毫秒值+随机数 */ String fileName = "itcast"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(999999)+".jpg"; //5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地 //FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\1.jpg"); FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\"+fileName); //6.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端上传的文件 int len =0; byte[] bytes = new byte[1024]; while((len = is.read(bytes))!=-1){ //7.使用本地字节输出流FileOutputStream对象中的方法write,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上 fos.write(bytes,0,len); } //8.使用Socket对象中的方法getOutputStream,获取到网络字节输出流OutputStream对象 //9.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写"上传成功" socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes()); //10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket) fos.close(); socket.close(); }catch (IOException e){ System.out.println(e); } } }).start(); } //服务器就不用关闭 //server.close(); } }
客户端实现：
import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.Socket; /* 文件上传案例的客户端:读取本地文件,上传到服务器,读取服务器回写的数据 明确: 数据源:c:\\1.jpg 目的地:服务器 实现步骤: 1.创建一个本地字节输入流FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源 2.创建一个客户端Socket对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号 3.使用Socket中的方法getOutputStream,获取网络字节输出流OutputStream对象 4.使用本地字节输入流FileInputStream对象中的方法read,读取本地文件 5.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,把读取到的文件上传到服务器 6.使用Socket中的方法getInputStream,获取网络字节输入流InputStream对象 7.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取服务回写的数据 8.释放资源(FileInputStream,Socket) */ public class TCPClient { public static void main(String[] args) throws IOException { //1.创建一个本地字节输入流FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源 FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\1.jpg"); //2.创建一个客户端Socket对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888); //3.使用Socket中的方法getOutputStream,获取网络字节输出流OutputStream对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //4.使用本地字节输入流FileInputStream对象中的方法read,读取本地文件 int len = 0; byte[] bytes = new byte[1024]; while((len = fis.read(bytes))!=-1){ //5.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,把读取到的文件上传到服务器 os.write(bytes,0,len); } /* 解决:上传完文件,给服务器写一个结束标记 void shutdownOutput() 禁用此套接字的输出流。 对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。 */ socket.shutdownOutput(); //6.使用Socket中的方法getInputStream,获取网络字节输入流InputStream对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //7.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取服务回写的数据 while((len = is.read(bytes))!=-1){ System.out.println(new String(bytes,0,len)); } //8.释放资源(FileInputStream,Socket) fis.close(); socket.close(); } }