Java-网络编程

2019-02-26

有人说，20世纪最伟大的发明不是计算机，而是计算机网络。

还有人说，如果你买了计算机而没有联网，就等于买了电话机而没有接电话线一样。

网络模型

计算机网络之间以何种规则进行通信，就是网络模型研究问题。

网络模型一般是指：

OSI（Open System Interconnection开放系统互连）参考模型
TCP/IP参考模型

网络模型

网络模型7层概述：

物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。
数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
网络层：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）
表示层：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。
应用层：主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）。

网络编程三要素

IP 地址

要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定要接受数据的计算机和识别发送的计算机，在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址。为了方便对IP地址的获取和操作，java 提供了一个类 InetAddress 供使用。

A:所谓IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，比特换算成字节，就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“00001010000000000000000000000001”，这么长的地址，人们处理起来也太费劲了。为了方便人们的使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“10.0.0.1”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多。

B:IP地址的组成
IP地址 = 网络号码+主机地址

	A类IP地址:第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码
	B类IP地址:前二段号码为网络号码，剩下的二段号码为本地计算机的号码
	C类IP地址:前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码

特殊地址:
127.0.0.1 回环地址,可用于测试本机的网络是否有问题。 ping 127.0.0.1   

xxx.xxx.xxx.0 网络地址
xxx.xxx.xxx.255 广播地址，向此地址发送udp数据包将广播出去，此网段下所有主机都可以收到信息。

A类	1.0.0.1---127.255.255.254
    (1)10.X.X.X是私有地址(私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址)					(2)127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的
B类	128.0.0.1---191.255.255.254	172.16.0.0---172.31.255.255是私有地址
	169.254.X.X是保留地址
C类	192.0.0.1---223.255.255.254
    192.168.X.X是私有地址
D类	224.0.0.1---239.255.255.254
E类	240.0.0.1---247.255.255.254

端口号

物理端口：网卡口。

逻辑端口：逻辑端口。

A:每个网络程序都会至少有一个逻辑端口；

B:用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识；

C:有效端口：0~~65535，其中0~~1024系统使用或保留端口。

传输协议

UDP：将数据源和目的封装成数据包中，不需要建立连接；每个数据报的大小在限制在64k；因无连接，是不可靠协议；不需要建立连接，速度快。

TCP：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：面向无连接， 不可靠， 速度快， 将数据封包传输，数据包最大64k。 
举例：聊天留言，在线视频，视频会议，发短信，邮局包裹。 

tcp：面向连接，安全可靠，效率稍低，通过三次握手确保连接的建立。 
举例：下载，打电话，QQ聊天(你在线吗,在线,就回应下,就开始聊天了)。

InetAddress

获取任意主机：getByName
主机名：getHostName
主机Ip地址：getHostAddress

public class InetAddressDemo {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
		InetAddress add = InetAddress.getByName("8.8.8.8");
		
		String name = add.getHostName();
		String ip = add.getHostAddress();
		
		System.out.println(name + "---" + ip);
	}
}

Q & A

Q：没有构造方法，那么如何使类提供的功能呢？

如果一个类没有构造方法

成员全部都是静态的（例如：Math、Arrays、Collections）；

单例设计模式（例如：Runtime）；

类中有静态方法返回该类的对象。

Socket

Socket套接字：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。

Socket原理机制：

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间通过IO传输。

Socket原理

UDP 传输

DatagramSocket与DatagramPacket
建立发送端，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的运行程序。

UDP传输-发送端思路
    1:建立udp的socket服务
    2:将要发送的数据封装成数据包
    3:通过udp的socket服务,将数据包发送出
    4:关闭资源

UDP传输-接收端思路
    1:建立udp的socket服务.
    2:通过receive方法接收数据
    3:将收到的数据存储到数据包对象中
    4:通过数据包对象的功能来完成对接收到数据进行解析.
    5:可以对资源进行关闭

举个🌰：

// 接收端 ReceiveDemo.java
public class ReceiveDemo {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
		
		byte[] buf = new byte[1024];
		int length = buf.length;
		
		DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, length);
		
		ds.receive(dp);	// 阻塞式方法，没数据就等着。
		
		byte[] buffer = dp.getData();
		int len = dp.getLength();
		String str = new String(buffer,0, len);
		
		InetAddress address = dp.getAddress();
		String ip = address.getHostAddress();
		
		System.out.println(ip + " said : " + str);
		
		ds.close();
	}
}

// 发送端 SendDemo.java
public class SendDemo {
	public static void main(String[] args) throws IOException{
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
		
		byte[] buf = "hello udp".getBytes();
		int length = buf.length;
		
		InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
		
		DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, length, address, 10086);
		
		ds.send(dp);
		ds.close();
	}
}

UDP 案例

从键盘录入数据进行发送，如果输入的是886那么客户端就结束输入数据。
这个时候完全可以把发送端代码发给大家了，我把接收端代码开启，大家就可以实现聊天了，但是，大家都要看我们的屏幕，即使我把接收端发给大家也是一样的，如何改进呢，使用广播地址即可。
最后，把刚才发送和接收程序分别用线程进行封装，完成一个UDP的聊天程序。

这个时候，就需要和io结合起来使用了。还得注意一个问题，这个时候接收端，要一直开启，否则接收一句就关闭了。所以，用死循环，并且，服务不关闭。代码如下：
class SendDemo2
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
 
		BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
		
		String line = null;
 
		while((line=br.readLine())!=null)
		{
			if("886".equals(line))
			{
				break;
			}
			byte[] by = line.getBytes();
			DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length,InetAddress.getByName(“192.168.1.255"),10000);
			ds.send(dp);
		}
 
		ds.close();
	}
}

class ReceiveDemo2
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);  //如果10000端口已经被使用了,这个服务起不来
 
		//我这边是循序接收的啊.无限循环
		while(true)
		{
			byte[] by = new byte[1024];
			DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length);
 
			
			ds.receive(dp);
 
			//通过数据包对象的方法获取其中的数据内容,包括地址,端口,数据主体
			String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
			int port = dp.getPort();
 
			byte[] by2 = dp.getData();
			String text = new String(by2,0,dp.getLength());
 
			System.out.println(ip+"..."+port+"..."+text);
	
		}
		//关闭资源
		//ds.close();
	}
}

用线程封装后的代码如下：
public class SendThread implements Runnable {

	private DatagramSocket ds;

	public SendThread(DatagramSocket ds) {
		this.ds = ds;
	}

	@Override
	public void run() {
		// 创建UDP发送端的服务
		try {
			// 把键盘录入数据用高效缓冲流封装
			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(
					System.in));

			String line = null;
			while ((line = br.readLine()) != null) {
				if ("886".equals(line)) {
					break;
				}
				byte[] bys = line.getBytes();
				// 数据包
				DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length,
						InetAddress.getByName("192.168.1.255"), 12345);
				// 发送数据
				ds.send(dp);
			}

			// 关闭资源
			ds.close();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

public class ReceiveThread implements Runnable {

	private DatagramSocket ds;

	public ReceiveThread(DatagramSocket ds) {
		this.ds = ds;
	}

	@Override
	public void run() {
		try {
			// 为了循环多次接受
			while (true) {
				// 创建字节数组作为数据包的缓冲区
				byte[] bys = new byte[1024];
				DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);
				// 读取数据包数据
				ds.receive(dp);

				// 解析数据包
				String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
				int port = dp.getPort();

				String text = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
				System.out.println(ip + "***" + port + "***" + text);
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

public class ChatDemo {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		DatagramSocket sds = new DatagramSocket();
		DatagramSocket rds = new DatagramSocket(12345);

		SendThread st = new SendThread(sds);
		ReceiveThread rt = new ReceiveThread(rds);

		Thread t1 = new Thread(st);
		Thread t2 = new Thread(rt);

		t1.start();
		t2.start();
	}
}

TCP 传输

Socket和ServerSocket
建立客户端和服务器端
建立连接后，通过Socket中的IO流进行数据的传输
关闭socket
同样，客户端与服务器端是两个独立的应用程序。

客户端思路
    1:建立客户端的Socket服务,并明确要连接的服务器。
    2:如果连接建立成功,就表明,已经建立了数据传输的通道.就可以在该通道通过IO进行数据的读取和写入.该通道称为Socket流,Socket流中既有读取流,也有写入流.
    3:通过Socket对象的方法,可以获取这两个流
    4:通过流的对象可以对数据进行传输
    5:如果传输数据完毕,关闭资源

服务端思路
    1:建立服务器端的socket服务，需要一个端口
    2:服务端没有直接流的操作,而是通过accept方法获取客户端对象，在通过获取到的客户端对象的流和客户端进行通信
    3:通过客户端的获取流对象的方法,读取数据或者写入数据
    4:如果服务完成,需要关闭客户端,然后关闭服务器，但是,一般会关闭客户端,不会关闭服务器,因为服务端是一直提供服务的

举个🌰：

// 客户端
public class ClientDemo {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		Socket s = new Socket("127.0.0.1", 9999);
		
		// 向服务器发送数据
		OutputStream os = s.getOutputStream();
		os.write("吼吼吼".getBytes());
		
		// 从服务器接收返回的数据
		InputStream is = s.getInputStream();
		byte[] buf = new byte[1024];
		int len = is.read(buf);
		String Client = new String(buf, 0, len);
		System.out.println("client : " + Client);
		
		s.close();
	}
}

// 服务端
public class ServerDemo {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
		
		// 监听 9999 端口，与客户端建立连接
		Socket s = ss.accept();
		
		// 接收数据
		InputStream is = s.getInputStream();
		byte[] str = new byte[1024];
		int len = is.read(str);
		String server = new String(str, 0, len);
		System.out.println("server : " + server);
		
		// 向客户端返回一个数据
		OutputStream os = s.getOutputStream();
		os.write("数据已收到".getBytes());
		
		// 关闭连接
		s.close();
	}
}

TCP传输容易出现的问题

客户端连接上服务端，两端都在等待，没有任何数据传输。

通过例程分析：因为read方法或者readLine方法是阻塞式。

解决办法：自定义结束标记，使用shutdownInput，shutdownOutput方法。