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ソフトウェアアーキテクチャCS / BS
ネットワーク通信3要素
TCP通信
ソケットソケット
サーバーソケット
教育目的
UDPプロトコルとTCPプロトコルの特性を区別できます。TCPプロトコルで
一般的に使用される2つのクラスに名前を付けることができます。TCPプロトコルで
文字列データ転送プログラムを作成でき
ます。TCPプロトコルでファイルアップロードのケース
を理解できます。TCPプロトコルでケース2を理解できます。
第1章ネットワークプログラミングの概要
1.1ソフトウェア構造
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構造：完全な名前はブラウザとサーバーの構造を指し、ブラウザとサーバーの構造を指します。一般的なブラウザには、Google、Firefoxなどがあります。
どちらのアーキテクチャにも独自の利点がありますが、どちらのアーキテクチャでも、ネットワークのサポートと切り離せません。ネットワークプログラミングは、特定のプロトコルの下で2台のコンピュータ間の通信を実現するプログラムです。
1.2ネットワーク通信プロトコル
ネットワーク通信プロトコル：通信プロトコルは、コンピューターが準拠しなければならない規則であり、これらの規則に準拠することによってのみ、コンピューターは通信できます。これは、道路を走る車が交通規則を遵守しなければならないようなものです。この合意には、データ転送フォーマット、転送速度、および転送手順に関する統一規定が含まれています。データ交換を完了するには、2つの当事者が同時にそれを遵守する必要があります。
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。
1.3プロトコル分類
通信プロトコルは非常に複雑で、java.netパッケージに含まれるクラスとインターフェースは、低レベルの通信の詳細を提供します。
これらのクラスとインターフェースを直接使用して、通信の詳細を考慮することなく、ネットワークプログラムの開発に集中できます。
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。
3ウェイハンドシェイクが完了して接続が確立されると、クライアントとサーバーはデータ転送を開始できます。この接続指向の機能により、TCPプロトコルは
送信データの安全性を確保するため、ファイルのダウンロードやWebページの閲覧など、幅広く利用されています。
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。
1.4ネットワークプログラミングの3つの要素
プロトコル
プロトコル：コンピュータネットワーク通信で従う必要のあるルールはすでに導入されており、繰り返されません。
IPアドレス
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アドレスの分類
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。
一般的なコマンド
マシンのIPアドレスを確認し、コンソールに入力します。
ネットワークが接続されているかどうかを確認するには、コンソールに次のように入力します。
特別なIPアドレス
本机IP地址：127.0.0.1、localhost 。
ポート番号
ネットワーク通信は、基本的に2つのプロセス（アプリケーション）間の通信です。各コンピューターには多くのプロセスがあるため、ネットワーク通信を区別する方法
これらのプロセスはどうですか？
IPアドレスがネットワーク内のデバイスを一意に識別できる場合、ポート番号はデバイス内のプロセス（アプリケーション）を一意に識別できます。
ポート番号：2バイトで表される整数で、その値の範囲は0 65535です。その中で、0と 1023の間のポート番号は、いくつかの有名なネットワークで使用されています
ネットワークサービスとアプリケーション。通常のアプリケーションでは、1024より大きいポート番号を使用する必要があります。ポート番号が別のサービスまたはアプリケーションによって占有されている場合、
現在のプログラムの起動に失敗します。
プロトコル+ IPアドレス+ポート番号の3つの組み合わせを使用して、ネットワーク内のプロセスを識別できます。次に、プロセス間の通信でこの識別を使用して、
インタラクティブに処理します。
第2章TCP通信プログラム
2.1概要
TCP通信は2台のコンピュータ間のデータ交換を実現することができ、通信の両端はクライアントとサーバーに厳密に分割される必要があります。
両端が通信する手順：
1. 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
2. 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。
Javaでは、TCP通信プログラムを実装するために2つのクラスが提供されています。
1. 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。
2. 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。
2.2ソケットクラス
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。
工法
ipconfig
ping 空格 IP地址
ping 220.181.57.
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。
小贴士：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。
たとえば、コードは次のとおりです。
会員方式
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。
2.3 ServerSocketクラス
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。
工法
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。
たとえば、コードは次のとおりです。
会員方式
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。
2.4単純なTCPネットワークプログラム
TCP通信分析図
1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666 );
ServerSocket server = new ServerSocket( 6666 );
2. 【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
3. 【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
4. 【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
5. 【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。
到此，客户端向服务端发送数据成功。
それ以来、サーバーはクライアントにデータを書き戻します。
6. 【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
7. 【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
8. 【客户端】释放资源，断开连接。
クライアントはサーバーにデータを送信します
サーバー側の実装：
public^ class^ ServerTCP {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
// 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
ServerSocket ss = new ServerSocket( 6666 );
// 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
Socket server = ss.accept();
// 3.通过socket 获取输入流
InputStream is = server.getInputStream();
// 4.一次性读取数据
// 4.1 创建字节数组
byte[] b = new byte[ 1024 ];
// 4.2 据读取到字节数组中.
int len = is.read(b)；
// 4.3 解析数组,打印字符串信息
String msg = new String(b, 0 , len);
System.out.println(msg);
//5.关闭资源.
is.close();
server.close();
}
}
クライアントの実装：
サーバーはクライアントにデータを書き戻します
サーバー側の実装：
クライアントの実装：
public class ClientTCP {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("客户端 发送数据");
// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
Socket client = new Socket("localhost", 6666 );
// 2.获取流对象 . 输出流
OutputStream os = client.getOutputStream();
// 3.写出数据.
os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
// 4. 关闭资源 .
os.close();
client.close();
}
}
public class ServerTCP {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
// 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
ServerSocket ss = new ServerSocket( 6666 );
// 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
Socket server = ss.accept();
// 3.通过socket 获取输入流
InputStream is = server.getInputStream();
// 4.一次性读取数据
// 4.1 创建字节数组
byte[] b = new byte[ 1024 ];
// 4.2 据读取到字节数组中.
int len = is.read(b)；
// 4.3 解析数组,打印字符串信息
String msg = new String(b, 0 , len);
System.out.println(msg);
// =================回写数据=======================
// 5. 通过 socket 获取输出流
OutputStream out = server.getOutputStream();
// 6. 回写数据
out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
// 7.关闭资源.
out.close();
is.close();
server.close();
}
}
第3章包括的なケース
3.1ファイルアップロードケース
ファイルアップロード分析図
1. [クライアント]入力ストリーム、ハードディスクからプログラムにファイルデータを読み込みます。
2. [クライアント]出力ストリーム。ファイルデータをサーバーに書き込みます。
3. [サーバー]ストリームを入力し、ファイルデータをサーバープログラムに読み込みます。
4. [サーバー]出力ストリーム。ファイルデータをサーバーのハードディスクに書き込みます。
基本的な実現
public class ClientTCP {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("客户端 发送数据");
// 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
Socket client = new Socket("localhost", 6666 );
// 2.通过Scoket,获取输出流对象
OutputStream os = client.getOutputStream();
// 3.写出数据.
os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
// ==============解析回写=========================
// 4. 通过Scoket,获取 输入流对象
InputStream in = client.getInputStream();
// 5. 读取数据数据
byte[] b = new byte[ 100 ];
int len = in.read(b);
System.out.println(new String(b, 0 , len));
// 6. 关闭资源 .
in.close();
os.close();
client.close();
}
}
サーバー側の実装：
クライアントの実装：
public class FileUpload_Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务器 启动..... ");
// 1. 创建服务端ServerSocket
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket( 6666 );
// 2. 建立连接
Socket accept = serverSocket.accept();
// 3. 创建流对象
// 3.1 获取输入流,读取文件数据
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
// 3.2 创建输出流,保存到本地 .
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"));
// 4. 读写数据
byte[] b = new byte[ 1024 * 8 ];
int len;
while ((len = bis.read(b)) != ‐ 1 ) {
bos.write(b, 0 , len);
}
//5. 关闭 资源
bos.close();
bis.close();
accept.close();
System.out.println("文件上传已保存");
}
}
public class FileUPload_Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1.创建流对象
// 1.1 创建输入流,读取本地文件
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
// 1.2 创建输出流,写到服务端
Socket socket = new Socket("localhost", 6666 );
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
//2.写出数据.
byte[] b = new byte[ 1024 * 8 ];
int len ;
while (( len = bis.read(b))!=‐ 1 ) {
bos.write(b, 0 , len);
bos.flush();
}
System.out.println("文件发送完毕");
// 3.释放资源
bos.close();
socket.close();
bis.close();
ファイルアップロード最適化分析
1.ファイル名が書きにくい
サーバー側では、保存されたファイルの名前がハードコーディングされている場合、最終的にサーバーのハードディスクにつながり、1つのファイルのみが保持されます。システム時間の最適化を使用することをお勧めします
ファイル名が一意であることを確認するために、コードは次のようになります。
2.循環受信の問題
サーバー側では、ファイルを保存した後、ファイルが閉じられ、後続のユーザーはそれをアップロードできなくなります。これは現実とは一致しません。循環改善の使用は継続できます
さまざまなユーザーからファイルを受け取るためのコードは次のとおりです。
3.効率の問題
サーバー側では、大きなファイルを受信すると数秒かかる場合がありますが、現時点では他のユーザーからのアップロードを受信できないため、マルチスレッド技術を使用することをお勧めします。
コードは次のとおりです。
最適化された実装
System.out.println("文件上传完毕 ");
}
}
FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
// 每次接收新的连接,创建一个Socket
while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
......
}
while（true）{
Socket accept = serverSocket.accept();
// accept 交给子线程处理.
new Thread(() ‐> {
......
InputStream bis = accept.getInputStream();
......
}).start();
}
public class FileUpload_Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务器 启动..... ");
// 1. 创建服务端ServerSocket
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket( 6666 );
// 2. 循环接收,建立连接
while (true) {
Socket accept = serverSocket.accept();
/*
- ソケットオブジェクトは、処理、読み取り、書き込み操作のために子スレッドに渡されます。
情報書き戻し分析図
最初の4つのステップは、基本的なファイルのアップロードと一致しています。
5. [サーバー]出力ストリームを取得し、データを書き戻します。
6. [クライアント]入力ストリームを取得し、書き戻しデータを解析します。
書き戻しの実装
Runnable接口中,只有一个run方法,使用lambda表达式简化格式
*/
new Thread(() ‐> {
try (
//3.1 获取输入流对象
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
//3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() +
".jpg");
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);) {
// 3.3 读写数据
byte[] b = new byte[ 1024 * 8 ];
int len;
while ((len = bis.read(b)) != ‐ 1 ) {
bos.write(b, 0 , len);
}
//4. 关闭 资源
bos.close();
bis.close();
accept.close();
System.out.println("文件上传已保存");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
}
クライアントの実装：
public class FileUpload_Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务器 启动..... ");
// 1. 创建服务端ServerSocket
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket( 6666 );
// 2. 循环接收,建立连接
while (true) {
Socket accept = serverSocket.accept();
/*
- ソケットオブジェクトは、処理、読み取り、書き込み操作のために子スレッドに渡され
ます。Runnableインターフェースでは、ラムダ式を使用して形式を簡略化するrunメソッドが1つだけあります。
* /
new Thread（（）‐> { try（//3.1入力ストリームオブジェクトを取得するBufferedInputStream bis = new BufferedInputStream（accept.getInputStream（））; //3.2出力ストリームオブジェクトを作成してローカルに保存するFileOutputStream fis = new FileOutputStream（System.currentTimeMillis（）+ “ .jpg”）; BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream（fis）; ）{ // 3.3データの読み取りと書き込みbyte [] b =新しいバイト[1024 * 8]; int len; while（（len = bis.read（b））！= ‐ 1）{ bos.write（b、0、len） ; }
// 4.=======信息回写===========================
System.out.println("back ........");
OutputStream out = accept.getOutputStream();
out.write("上传成功".getBytes());
out.close();
//================================
//5. 关闭 资源
bos.close();
bis.close();
accept.close();
System.out.println("文件上传已保存");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
}
public class FileUpload_Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
3.2 B \ Sサーバーのシミュレーション
Webサーバーをシミュレートし、ブラウザーを使用して自分で作成したサーバープログラムにアクセスし、Webページの効果を確認します。
ケース分析
1. 准备页面数据，web文件夹。
复制到我们Module中，比如复制到day08中
2. 我们模拟服务器端，ServerSocket类监听端口，使用浏览器访问
// 1.ストリームオブジェクトを作成する
// 1.1入力ストリームを作成してローカルファイルを読み取る
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
// 1.2 创建输出流,写到服务端
Socket socket = new Socket("localhost", 6666 );
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
//2.写出数据.
byte[] b = new byte[ 1024 * 8 ];
int len ;
while (( len = bis.read(b))!=‐ 1 ) {
bos.write(b, 0 , len);
}
// 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕
socket.shutdownOutput();
System.out.println("文件发送完毕");
// 3. =====解析回写============
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] back = new byte[ 20 ];
in.read(back);
System.out.println(new String(back));
in.close();
// ============================
// 4.释放资源
socket.close();
bis.close();
}
}
3.サーバープログラムのバイト入力ストリームは、ブラウザから送信されたリクエスト情報を読み取ることができます
GET / web / index.html HTTP / 1.1は、ブラウザのリクエストメッセージです。/web/index.htmlは、ブラウザーが要求するサーバー側のリソースで
あり、要求されたリソースは文字列の切り取りによって取得されます。
ケースの実現
サーバー側の実装：
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket( 8000 );
Socket socket = server.accept();
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[ 1024 ];
int len = in.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes, 0 ,len));
socket.close();
server.close();
}
//ストリームを変換し、ブラウザリクエストの最初の行を読み取ります
BufferedReader readWb = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
//取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
//去掉web前面的/
String path = strArr[ 1 ].substring( 1 );
System.out.println(path);
public class SerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务端 启动 , 等待连接 .... ");
// 创建ServerSocket 对象
ServerSocket server = new ServerSocket( 8888 );
Socket socket = server.accept();
// 转换流读取浏览器的请求消息
BufferedReader readWb = new
訪問効果
Firefox
ヒント：ブラウザーが異なるとカーネルも異なり、解析効果も異なる場合があります。
ブラウザには多くのフォークがあり、ブラウザが画像情報を読み取っていなかったことを示しています。
ブラウザーの動作原理は、画像に遭遇したときに別のアクセスのためのスレッドを開始するため、サーバー側にスレッドテクノロジーが追加されています。
BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
// 取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
// 去掉web前面的/
String path = strArr[ 1 ].substring( 1 );
// 读取客户端请求的资源文件
FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
byte[] bytes= new byte[ 1024 ];
int len = 0 ;
// 字节输出流,将文件写会客户端
OutputStream out = socket.getOutputStream();
// 写入HTTP协议响应头,固定写法
out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
out.write("Content‐Type:text/html\r\n".getBytes());
// 必须要写入空行,否则浏览器不解析
out.write("\r\n".getBytes());
while((len = fis.read(bytes))!=‐ 1 ){
out.write(bytes, 0 ,len);
}
fis.close();
out.close();
readWb.close();
socket.close();
server.close();
}
}
訪問効果：
public class ServerDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket( 8888 );
while(true){
Socket socket = server.accept();
new Thread(new Web(socket)).start();
}
}
static class Web implements Runnable{
private Socket socket;
public Web(Socket socket){
this.socket=socket;
}
public void run() {
try{
//转换流,读取浏览器请求第一行
BufferedReader readWb = new
BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
//取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
System.out.println(Arrays.toString(strArr));
String path = strArr[ 1 ].substring( 1 );
System.out.println(path);
FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
System.out.println(fis);
byte[] bytes= new byte[ 1024 ];
int len = 0 ;
//向浏览器 回写数据
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
out.write("Content‐Type:text/html\r\n".getBytes());
out.write("\r\n".getBytes());
while((len = fis.read(bytes))!=‐ 1 ){
out.write(bytes, 0 ,len);
}
fis.close();
out.close();
readWb.close();
socket.close();
}catch(Exception ex){
}
}
}
}