Java程序设计学习笔记（六） — 网络编程

时间：2016-5-8 02:03

——网络编程
    
    网络传输实际上就是进行数据传输。
    一、传输的步骤：
        1、对对方IP地址进行定位。
        2、将数据打包发送到对方指定的应用程序上，为了有效的标识这些应用程序，就给这些网络应用程序使用数字进行标识。
            这些数字就叫做端口（号），该端口并不是物理上的端口，而是逻辑上的端口。
            端口号范围：0 ~ 65535，通常情况下，0 ~ 1024号端口被系统所保留了。
            Web端口：80        Tomcat服务器：8080        MySQL：3306
        3、定义通讯规则，这个通讯规则称为协议。
            为了规范标准，国际标准化组织就定义了一个通讯协议：TCP/IP协议。
            还有常用协议：UDP协议。

            127.0.0.1：本地回环地址，如果电脑没有配置任何IP地址的情况下，默认就是该地址，可以用来测试网卡。

    二、网络模型
        OSI参考模型
            开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称OSI），为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。
            它从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

            网络编程操作的就是网络层和传输层。
                网络层和传输层的协议是TCP/IP协议。
            Web开发操作的是应用层。
                应用层协议是HTTP协议，还有FTP协议。
        TCP/IP参考模型

    三、网络通讯要素
        IP地址
            网络中设备的标识。
            不易记忆，可用于主机名。
            本地回环地址：127.0.0.1    主机名：localhost
            广播地址：192.168.1.255    当发送数据时没有找到指定IP地址，就会将数据发送到广播地址。

            net包中用于描述IP地址的类是：InetAddress类，该类无构造方法，但是却有非静态方法，可以猜测该类使用了单例设计模式。
            InetAddress可以通过getLocalHost()来获取本类对象。
            

        四、端口号
            用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识不同。
            有效端口：0 ~ 65535，其中0 ~ 1024 由系统使用或是保留端口。

        五、传输协议
            通讯的规则。
            常见的传输协议：TCP/IP协议，UDP协议。


——Socket（网络应用程序）
 
    网络编程其实就是Socket编程。
    Socket就是为网络服务提供的一种机制。
    通信的两端都有Socket。
    网络通信其实就是Socket间的通信。
    数据在两个Socket之间通过IO传输。

——TCP

    TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
    建立连接，形成传输数据的通道。
    在连接中进行大数据量传输。
    通过三次握手完成连接，是可靠协议。
    必须建立连接，效率会稍低。

——UDP

    UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议。
    是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，也就是不管对方能不能接收，只负责发送数据。
    将数据及源和目的封装在数据包中，不需要建立连接。
    每个数据包的大小限制在64KB内。
    因为无连接，所以是不可靠协议。
    不需要建立连接，速度快。

    UDP传输：
        UDP传输特有对象：
            DatagramSocket和DatagramPacket
        建立发送端和接收端
        建立数据包
        调用Socket的发送接收方法
        关闭Socket

    发送端与接收端是两个独立运行的程序。

——注意
    每个协议有自己特有的传输方式，所以传输的对象也不同。

——DatagramSocket

        此类表示用来发送和接收数据报包的套接字（Socket、插座）
        构造方法：
            DatagramSocket()
                构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用端口，也就是随机指定端口。
            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。
            DatagramSocket(int port, InetAddress addr)
                创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。

        方法摘要：
            void bind(SocketAddress addr)
                将此DatagramSocket绑定到指定的地址和端口。
            void close()
                关闭连接。
                因为占用端口，所以需要关闭连接。
            void disconnect()
                断开套接字的连接。
            InetAddress getInetAddress()
                返回此套接字连接的地址。    
            InetAddress getLocalAddress()
                返回此套接字绑定的本地地址。
            int getLocalPort()
                返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
            int getPort()
                返回此套接字的端口号。
            void send(DatagramPacket p)
                从此套接字发送数据报包。
                因为需要发送的数据非常复杂，所以把数据包封装成对象。
            void receive(DatagramPacket p)
                从此套接字接收数据报包。
            boolean isBound()
                返回此套接字的绑定状态。
            boolean isClosed()
                返回是否关闭套接字。
            boolean isConnectied()
                返回套接字的连接状态。

——DatagramPacket

        此类表示数据报包，用来实现无连接包投递服务。
        每条报文仅根据包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器。
        构造方法：
            凡是构造方法参数中带地址（InetAddress）和端口（port）的，都是用来发送数据的。
            DatagramPacket(byte[] buf, int length)
                构造DatagramPacket，用来接收长度为length的数据包。
                只有这一个构造方法是用来接收数据的。
            DatagramPacket(byte[] buf, int lengt, InetAddress address, int port)
                构造DatagramPacket，用来将长度为length的包发送到指定主机上的指定端口号。

        方法摘要：
            InetAddress getAddress()
                返回某台机器的IP地址。
                返回的是将要发送的机器或者是已经发送到的机器的IP地址。
            byte[] getData()
                返回缓冲区数据。
            int getLength()
                返回将要发送或者接收到的数据的长度。
            int getPort()
                返回某台远程主机的端口号。
            void setData(byte[] buf)
                为此数据包设置数据缓冲区。
            void setLength(int length)
                为此数据包设置长度。
            void setPort(int port)
                为此数据包设置将要发送的远程主机的端口号。

——InetAddress

    方法摘要：
        static InetAddress getByName(String host)
            在给定主机名的情况下确定主机的IP地址并获得该地址对象。
            如果使用获得的对象来获取主机名，如果主机名与IP地址在网络上没有映射关系的话，无法通过该对象获取对应IP地址的主机名。
        static InetAddress[] getAllByName(String host)
            当面对集群式服务器的时候，一个主机名可能对应多个IP，所以以数组形式接收返回对象。
        String getHostAddress()
            返回IP地址字符串。（以文本形式表现）
        String getHostName()
            获取此IP地址的主机名。
        static InetAddress getLocalHost()
            返回本地主机。 
        int hashCode()
            返回此IP地址的哈希值。
        String toString()
            将此IP地址转换为String。
        boolean isReachable(int timeout)
            测试是否可以达到该地址。 

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模拟一次通讯

发送数据        UDPSend

package day01;

 

import java.io.IOException;

import java.net.*;

 

/**

 * 需求：

 * 通过udp传输方式，将没一段文字数据发送出去

 * 步骤：

 * 1、建立UDPSocket服务

 * 2、提供数据，并将数据封装到数据包中

 * 3、通过Socket服务的发送功能，将数据包发送出去

 * 4、关闭资源（网卡）

 * @author WYC

 *

 */

public class UdpSend {

    public static void main(String[] args)

    {

        try {

            //1、创建udp服务，通过DatagramSocket发送数据，如果不指定端口，则系统会随机分配一个端口号

            DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);

            //2、确定数据，并封装成数据包

            //DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)

            byte[] buf = "udp send...".getBytes();

            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("localhost"),10000);

            //3、通过Socket服务，将已有的数据包发送出去，通过send方法

            ds.send(dp);

            //4、关闭资源

            ds.close();

 

        } catch (Exception e) {

            // TODO Auto-generated catch block

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
接收数据         UDPReceive

import java.net.DatagramPacket;

import java.net.DatagramSocket;

 

/**

 * 需求：定义一个应用程序（Socket），用于接收UDP协议传输的数据并处理

 * 

 * 思路：

 * 1、定义UDPSocket服务，在定义服务的同时，通常会监听一个端口，其实就是给这个专门用于接收数据的网络应用程序定义一个数字标识，也就是端口号，如果不定义，系统会分配一个随机端口号，方便于明确该应用程序可以处理哪些数据。

 * 2、定义一个空数据包，用于存储接收到的数据包，

 * 因为数据包对象中有特有功能可以提取数据包中的不同数据信息

 * 方法：void receive(DatagramPacket)

 * 为什么receive需要接收数据包参数呢？

 * 因为需要操作原地址、目的地址、源端口、目的端口、数据

 * 所以为了方便起见，将所有数据封装成对象进行接收

 * 3、通过Socket服务的receive方法将接收到的数据存入已定义好的数据包中

 * 4、通过数据包对象的特有功能，将这些不同的数据取出，打印到控制台

 * 5、关闭资源。

 * */

public class UdpRece {

    public static void main(String[] args)

{

            try {

                //1、创建udp的socket服务并指定端口，建立接收端点，该服务既可以发送又可以接收

                DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);

 

                //2、定义数据包，用于存储接收到的数据包

                byte[] buf = new byte[1024];

                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);

                //3、通过服务的receive方法将接收到的数据存入数据包中

                ds.receive(dp);

                //4、通过数据包的方法获取其中的数据，包含地址、端口和数据

                //因为getAddress()方法返回的是一个对象，所以需要getHostAddress()来获取IP地址

                String ip = dp.getAddress().getHostAddress();

                //因为接收到的数据是一个字节数组，并且不能确定接收到的字节数组长度，所以需要指定长度

                String data = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());

                //获取端口

                int port = dp.getPort();

                System.out.println("ip:"+ip+" data:"+data+" port:"+port);

                    ds.close();

            } catch (Exception e) {

                // TODO Auto-generated catch block

                e.printStackTrace();

            }

        }
    } 

}

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

当开启UDPReceive之后，执行UDPSend，控制台输出如下
127.0.0.1...aaa...22222

================================================================================================ 

使用UDP监听键盘录入

import java.io.BufferedReader;

import java.io.InputStreamReader;

import java.net.DatagramPacket;

import java.net.DatagramSocket;

import java.net.InetAddress;

 

public class UdpSend2 {

 

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        BufferedReader bufr = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        String line = null;

        while((line = bufr.readLine()) != null)

        {

            if("886".equals(line))

            {

                break;

            }

            byte[] buf = line.getBytes();

            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("localhost"),10001);

            ds.send(dp);

        }

        ds.close();

    }

}

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

 

import java.net.DatagramPacket;

import java.net.DatagramSocket;

import java.net.SocketException;

 

public class UdpReceive2 {

    public static void main(String[] args) throws Exception

    {

        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10001);

        while(true)

        {

            byte[] buf = new byte[1024];

            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);

            ds.receive(dp);

            String ip = dp.getAddress().getHostAddress();

            String data = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());

            System.out.println(ip + "___" + data);

        }

    }

}

 

===========================================================================================

模拟聊天

import java.io.*;

import java.net.*;

 

/**

 * 编写一个聊天程序

 * 需要有接收数据的部分和发送数据的部分

 * 这两部分需要同时执行，那么就需要多线程技术

 * 一个线程控制接收，一个线程控制发送

 * 

 * 因为接收和发送动作是不一致的，所以要定义两个run方法，

 * 而且这两个方法要封装到不同的类中。

 * @author WYC

 *

 */

public class ChatDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception

    {

        DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();

        DatagramSocket receSocket = new DatagramSocket(10000);

        new Thread(new Send(sendSocket)).start();

        new Thread(new Receive(receSocket)).start();

    }

}

class Send implements Runnable

{

    private DatagramSocket ds;

    Send(DatagramSocket ds)

    {

        this.ds = ds;

    }

    public void run()

    {

        try

        {

            BufferedReader bufr = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

 

            String line = null;

            while((line = bufr.readLine()) != null)

            {

                if("886".equals(line))

                {

                    break;

                }

                byte[] buf = line.getBytes();

                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("localhost"),10000);

                ds.send(dp);

            }

        }

        catch (Exception e)

        {

            System.out.println("发送失败！");

        }

    }

}

 

class Receive implements Runnable

{

    private DatagramSocket ds;

    Receive(DatagramSocket ds)

    {

        this.ds = ds;

    }

    public void run()

    {

        try

        {

            while(true)

            {

                byte[] buf = new byte[1024];

                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);

 

                ds.receive(dp);

 

                //首先要知道IP地址，确定数据从哪来的

                String ip = dp.getAddress().getHostAddress();

                String data = new String(dp.getData(),0,dp.getData().length);

 

                System.out.println(data);

            }

        }

        catch(Exception e)

        {

            System.out.println("接收失败！");

        }

    }
} 

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——TCP传输 

    Socket和ServerSocket
    UDP分为发送端和接收端。
    TCP分为客户端和服务器端。
    建立连接后，通过Socket中的IO流进行数据的传输。
    同样，客户端与服务器端是两个独立的应用程序。 

——Socket类

    此类实现客户端套接字，套接字是两台机器间通信的端点。

    构造方法：
        Socket()
            创建一个系统默认类型的SocketImpl创建未绑定任何连接的套接字。
            可以通过Socket类的方法来指定连接。
                void connect(SocketAddress endpoint)
                    将此套接字连接到服务器。
        Socket(InetAddress addr, 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。
            该方法说明了Socket一创建就要连接到指定的服务端。


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使用TCP建立一次传输


TCP服务端

package tcp;

 

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

import java.net.ServerSocket;

import java.net.Socket;

 

/**

 *需求：定义端点接收数据并打印在控制台上

 *服务端：

 *1、建立服务端的Socket服务，ServerSocket(int port)，该对象一建立就需要绑定端口。

 *   或者使用ServerSocket()创建对象后手动指定一个监听端口。

 *2、获取连接过来的客户端对象。

 *   通过ServerSocket的Socket accept()完成

 *   如果没有连接，则这个方法就要等待连接，所以这个方法是阻塞式的方法。

 *3、如果客户端发送数据，那么服务端要使用对应的客户端对象，并获取到该客户端对象的输入流InputStream，

 *   使用该输入流来获取发送过来的数据，并打印在控制台。

 *4、关闭服务端

 *

 * @author WYC

 *

 */

public class TcpServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception

    {

        //简历服务端的Socket服务，并监听一个端口

        ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);

        //通过accept方法获取连接过来的客户端对象。

        Socket s = ss.accept();

        //获取IP地址

        String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();

        System.out.println(ip + "...connected");

        //获取客户端发送过来的数据，那么要使用客户端对象的读取流来读取数据

        //该输入源不是键盘监听，而是网络流

        InputStream in = s.getInputStream();

        byte[] buf = new byte[1024];

        int len = in.read(buf);

        System.out.println(new String(buf,0,len));

        //关闭客户端

        s.close();

        //关闭服务端

        ss.close();

    }

}

 

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
建立客户端

package tcp;

 

import java.io.*;

import java.io.OutputStream;

import java.net.*;

import java.net.UnknownHostException;

 

/**

 * 演示TCP传输

 * 

 * 1、TCP分为客户端和服务端

 * 2、客户端对应的对象是Socket

 *   服务端对应的对象是ServerSocket

 * @author WYC

 *

 */

/*

 * 客户端

 * 通过查阅Socket类，发现在该对象建立时，就可以去连接指定主机

 * 因为TCP是面向连接的，所以在建立Socket服务时，

 * 就要有服务端存在并连接成功，形成通路后再在该通道进行数据的传输

 * 

 * 步骤：

 * 1、创建Socket服务，并制定要连接的主机和端口。

 */

public class TcpClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

 

        //创建客户端的Socket服务，制定目的主机和端口

        Socket s = new Socket("localhost",10001);

        //通路一旦简历完成，就会产生一个Socket流

        //可以通过过Socket的方法来获取输入流和输出流

        //为了发送数据，应该获取Socket流中的输出流

        OutputStream out = s.getOutputStream();

        //该方法会将指定数据写入到输出流，并随着网络发送到对应的主机上。

        out.write("tcp---".getBytes());

 

        s.close();

    }

}