JavaSE-网络编程(TCP编程、UDP编程、URL)

1. 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。

1.1 TCP协议

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

1.2 UDP协议

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

1.3 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。
• Socket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
• Socket类的常用构造器:

public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。 
public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

• Socket类的常用方法：

public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。 
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。 即本端的IP地址
public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。 
public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。 如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。 
public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。 关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和OutputStream。 
public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将返回 EOF（文件结束符）。 即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。 
public 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。 如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，则该流将抛出 IOException。 即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

2. 基于Socket的TCP编程

• Java语言的基于套接字编程分为服务端编程和客户端编程，其通信模型如图所示：
  -

2.1 客户端创建Socket对象

• 客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：

1. 创建 Socket：根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
2. 打开连接到 Socket 的输入/出流： 使用 getInputStream()方法获得输入流，使用
   getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
3. 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
4. 关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路

Java Api:

• 客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连接。Socket的构造器是：

Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException：向服务器(域名是host。端口号为port)发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
Socket(InetAddress address,int port)throws IOException：根据InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接。

Socket s = new 
Socket(“192.168.1.160”,9999);
OutputStream out = s.getOutputStream();
out.write(" hello".getBytes());
s.close();

• 客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求

2.1 服务器建立 ServerSocket 对象

• 服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：
• 调用 ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
• 调用 accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
• 调用 该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
• 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字

Java Api:

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();

2. UDP网络编程

2.1 UDP网络通信

• 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。

2.2 API

• DatagramSocket 类的常用方法:

public DatagramSocket(int port)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被
绑定到通配符地址，IP 地址由内核来选择。
public DatagramSocket(int port,InetAddress laddr)创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。本地端口必须在 0 到 65535 之间（包括两者）。如果 IP 地址为 0.0.0.0，套接字将被绑定到通配符地
址，IP 地址由内核选择。 
public void close()关闭此数据报套接字。 
public void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据报包。DatagramPacket 包含的信息指示：将要发送的数据、其长度、远程主机的 IP 地址和远程主机的端口号。 
public void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。 此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的 length 字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长，该信息将被截短。 
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。 
public int getLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。 
public InetAddress getInetAddress()返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接，则返回 null。 
public int getPort()返回此套接字的端口。如果套接字未连接，则返回 -1。

• DatagramPacket类的常用方法:

public DatagramPacket(byte[] buf,int length)构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。 length 参数必须小于等于 buf.length。 
public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。length参数必须小于等于 buf.length。 
public InetAddress getAddress()返回某台机器的 IP 地址，此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。 
public int getPort()返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的。 
public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量 offset 处开始，持续 length 长度。 
public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。

2.3 java代码

• 流 程：

1. DatagramSocket与DatagramPacket
2. 建立发送端，接收端
3. 建立数据包
4. 调用Socket的发送、接收方法
5. 关闭Socket

• 发送端与接收端是两个独立的运行程序
• 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
  在接收端，要指定监听的端口。

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();
}

3. URL类

• URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一资源的地址。
• 它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
• 通过 URL 我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 www，ftp 站点。浏览器通过解析给定的 URL 可以在网络上查找相应的文件或其他资源。
• URL的基本结构由5部分组成： <传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表
  例如:
  http://192.168.1.100:8080/path/index.jsp#a?username=xxxx&password=xxx
  #片段名：即锚点，例如看小说，直接定位到章节
  参数列表格式：参数名=参数值&参数名=参数值…
• java中使用 java.net.URL这个实现类 标识URL,URL的构造器：

public URL (String spec)：通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。例
URL url = new URL ("http://www.xxxxxxx.com/"); 
public URL(URL context, String spec)：通过基 URL 和相对 URL 构造一个 URL 对象。
URL downloadUrl = new URL(url, “download.html")
public URL(String protocol, String host, String file); 
new URL("http", "www.atguigu.com", “download. html");
public URL(String protocol, String host, int port, String file); 
URL gamelan = new URL("http", "www.atguigu.com", 80, “download.html");

一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，有以下方法获取属性：

public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
public String getHost( ) 获取该URL的主机名
public String getPort( ) 获取该URL的端口号
public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
public String getFile( ) 获取该URL的文件名
public String getQuery( ) 获取该URL的查询名

4. URLConnection类（针对HTTP协议）

• URL的方法 openStream()：能从网络上读取数据
• 若希望输出数据，例如向服务器端的 CGI （公共网关接口-Common Gateway Interface-的简称，是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口）程序发送一些数据，则必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，此时需要使用URLConnection 。
• URLConnection：表示到URL所引用的远程对象的连接。当与一个URL建立连接时，首先要在一个 URL 对象上通过方法 openConnection() 生成对应的 URLConnection对象。如果连接过程失败，将产生IOException.

URL netchinaren = new URL ("http://www.xxxxxxxx.com/index.shtml"); 
URLConnectonn u = netchinaren.openConnection( );

• 通过URLConnection对象获取的输入流和输出流，即可以与现有的CGI程序进行交互。

public Object getContent( ) throws IOException
public int getContentLength( )
public String getContentType( )
public long getDate( )
public long getLastModified( )
public InputStream getInputStream( )throws IOException
public OutputSteram getOutputStream( )throws IOException

4.1 URI、URL和URN的区别

• URI，是uniform resource identifier，统一资源标识符，用来唯一的标识一个资源。而URL是uniform resource locator，统一资源定位符，它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
  而URN，uniform resource name，统一资源命名，是通过名字来标识资源，比如mailto:[email protected]。也就是说，URI是以一种抽象的，高层次概念定义统一资源标识，而URL和URN则是具体的资源标识的方式。URL和URN都是一种URI。
• 在Java的URI中，一个URI实例可以代表绝对的，也可以是相对的，只要它符合URI的语法规则。而URL类则不仅符合语义，还包含了定位该资源的信息，因此它不能是相对的。

5. 总结

• 位于网络中的计算机具有唯一的IP地址，这样不同的主机可以互相区分。
• 客户端－服务器是一种最常见的网络应用程序模型。服务器是一个为其客户端提供某种特定服务的硬件或软件。客户机是一个用户应用程序，用于访问某台服务器提供的服务。端口号是对一个服务的访问场所，它用于区分同一物理计算机上的多个服务。套接字用于连接客户端和服务器，客户端和服务器之间的每个通信会话使用一个不同的套接字。TCP协议用于实现面向连接的会话。
• Java 中有关网络方面的功能都定义在 java.net 程序包中。Java 用 InetAddress 对象表示 IP 地址，该对象里有两个字段：主机名(String) 和 IP 地址(int)。
• 类 Socket 和 ServerSocket 实现了基于TCP协议的客户端－服务器程序。Socket是客户端和服务器之间的一个连接，连接创建的细节被隐藏了。这个连接提供了一个安全的数据传输通道，这是因为 TCP 协议可以解决数据在传送过程中的丢失、损坏、重复、乱序以及网络拥挤等问题，它保证数据可靠的传送。
• 类 URL 和 URLConnection 提供了最高级网络应用。URL 的网络资源的位置来同一表示Internet 上各种网络资源。通过URL对象可以创建当前应用程序和 URL 表示的网络资源之间的连接，这样当前程序就可以读取网络资源数据，或者把自己的数据传送到网络上去。