网络通信快速入门

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网络编程

什么是网络编程？

• 网络编程可以让程序员与网络上的其他设备中的程序进行数据交互。
  网络通信基本模式
• 常见的通信模式有如下两种形式：Client-Server(CS)、Browser/Server(BS)

实现网络编程的三要素：

IP地址：设备在网络中的地址，是唯一的标识

端口：应用程序在设备中的唯一标识

协议：数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议。

IP地址

IP地址的分类：

IPv4:32位（4字节），采用点分十进制表示法（192.168.1.1）

IPv6:128位（16字节），采用冒分十六进制表示法（ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789）

IP地址形式：

公网地址和私有地址(局域网使用)。

192.168开头的就是常见的局域网地址，范围为192.168.0.0——192.168.255.255，专门为组织机构内部使用

IP常用命令

• Ipconfig:查看本机IP地址
• ping IP地址：检查网络是否连通

特殊IP地址：

• 本机IP：127.0.0.1或者localhost：称为回送地址也可称为本地回环地址，只会寻找当前所在本机

IP地址操作类-InetAddress

InetAddress表示Internet协议(IP)地址

名称	说明
public static InetAddress getLocalHost()	返回本主机的地址对象
public static InetAddress getByName(String host)	得到指定主机的IP地址对象，参数是域名或者IP地址
public String getHostName()	获取此IP地址的主机名
public String getHostAddress()	返回IP地址字符串
public boolean isReachable(int timeout)	在指定毫秒内连通该IP地址对应的主机，连通后返回ture

package com.shouyeren.net_app;import java.net.InetAddress;public class InetAddressDemo01 {public static void main(String[] args) throws Exception {//获取本机IP地址对象InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();//得到指定主机的IP地址对象，参数是域名或者IP地址System.out.println(ip.getHostName());//获取此IP地址的主机名System.out.println(ip.getHostAddress());//获取域名的IP对象InetAddress ip1 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println(ip1.getHostName());System.out.println(ip1.getHostAddress());//获取公网IP对象InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("112.80.248.76");System.out.println(ip2.getHostName());System.out.println(ip2.getHostAddress());//判断是否连通System.out.println(ip1.isReachable(5000));}
}

端口

端口号：标识正在计算机设备上运行的进程(程序)，被规定为一个16位的二进制，范围是0——65535

端口类型

• 周知端口：0——1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用80，FTP占用21）
• 注册端口：1024——49151，分配给用户进程或某些应用程序（如Tomcat占用8080，MySQL占用3306）
• 动态端口：49152——65535，之所以称为动态端口，是因为他一般不固定分配某种进程而是动态分配
• 注意：我们自己开发的程序选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则会出错。

协议

• 连接和通信数据的规则被称为网络通信协议

网络通信协议有两套参考模型

• OSI参考模型：世界互联网协议标准，全球通信规范，由于此模型过于理想化，未能在英特网上进行广泛推行
• TCP/IP参考模型：事实上的国际标准

传输的两个常见协议

• TCP(Transmission Control Protocol)：传输控制协议
• UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议

TCP协议的特点

• 使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议
• 传输前，采用”三次握手“方式建立连接，所以是可靠的。
• 在连接中可进行大量数据量的传输。
• 连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低

TCP协议通信场景

• 对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信

UDP协议：

• UDP是一种无连接、不可靠的传输协议
• 将数据源IP、目的地IP和端口封装成数据包，不需要建立连接
• 每个数据包的大小限制在64KB内
• 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不进行确认，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

UDP快速入门

DatagramPacket：数据包对象

构造器	说明
public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)	创建发送端数据包对象 buf ：要发送的内容，字节数组 ；length ：发送内容的字节长度；address：接收端的IP地址对象；port：接收端的端口号
public DatagramPacket(byte[] buf,int length)	创建接受端的数据包对象

public class ClientDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {DatagramSocket socket = new DatagramSocket();System.out.println("===============客户端启动===============");Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说：");String s = sc.nextLine();if ("exit".equals(s)){System.out.println("下线成功");socket.close();break;}byte[] buf = s.getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, InetAddress.getLocalHost(),8888);socket.send(packet);}}
}

public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("==============服务端启动===============");DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);byte[] buf = new byte[1024*64];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);while (true) {socket.receive(packet);int len = packet.getLength();String rs = new String(buf,0,len);System.out.println("收到了来自" + packet.getAddress() +" " + packet.getPort() + "的信息：" + rs);}}
}

TCP快速入门

TCP是一种面向连接，安全可靠的传输协议

传输前采用三次握手方式，点对点通信，是可靠的

在连接中可以进行大数据量的传输

package com.shouyeren.net_app.tcp;import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;/*** 开发socket网络编程入门案例的服务端*/
public class ServerDemo {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===========服务端启动=============");//1.注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);//必须使用accept方法，等待接收客户端的socket连接请求Socket socket = serverSocket.accept();//从socket通信管道获得一个字节输入流InputStream in = socket.getInputStream();//把自己输入流包装成缓冲字符输入流BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));//按照行读取消息String msg;while ((msg = buf.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + ":" + msg);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

package com.shouyeren.net_app.tcp;import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;/*** 完成socket网络编程入门案例的客户端的开发*/
public class ClientDemo {public static void main(String[] args) {try {//1. 创建客户端的Socket对象，请求与服务端连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",7777);//2. 使用socket对象调用getOutputStream()方法得到字节输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//3. 把低级的字节输出流包装成打印流PrintStream printStream = new PrintStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {//4. 发送消息System.out.println("请说：");String msg = sc.nextLine();printStream.println(msg);printStream.flush();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

TCP通信引入多线程

需求一个服务端能够同时接收多个客户端发送的消息

package com.shouyeren.net_app.tcp;import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;/*** 开发socket网络编程入门案例的服务端*/
public class ServerDemo {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===========服务端启动=============");//1.注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);while (true) {//必须使用accept方法，等待接收客户端的socket连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "连接成功！！！");//把新连接的Socket交给有个独立的线程处理并启动线程new ServerReaderThread(socket).start();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

package com.shouyeren.net_app.tcp;import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;public class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {//从socket通信管道获得一个字节输入流InputStream in = socket.getInputStream();//把自己输入流包装成缓冲字符输入流BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));//按照行读取消息String msg;while ((msg = buf.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + ":" + msg);}} catch (Exception e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "下线了！！！");}}
}

TCP通信——线程池优化

完成socket通信，使用线程池完成优化

package com.shouyeren.net_app.socket_threadpool;import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.*;/*** 开发socket网络编程入门案例的服务端*/
public class ServerDemo {//使用静态变量记住一个线程池对象private static ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,6, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(2),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===========服务端启动=============");//1.注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);while (true) {//必须使用accept方法，等待接收客户端的socket连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "连接成功！！！");pool.execute(new ServerReaderRunnable(socket));}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

package com.shouyeren.net_app.socket_threadpool;import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;public class ServerReaderRunnable implements Runnable{private Socket socket;public ServerReaderRunnable(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {//从socket通信管道获得一个字节输入流InputStream in = socket.getInputStream();//把自己输入流包装成缓冲字符输入流BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));//按照行读取消息String msg;while ((msg = buf.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + ":" + msg);}} catch (Exception e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "下线了！！！");}}
}

线程池优化的优势在哪里

• 服务端可以复用线程处理多个客户端，可以避免系统瘫痪
• 适合客户端通信时长较短的场景

TCP通信实战案例——即时通信

package com.shouyeren.net_app.tcp_sms;import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;/*** 完成socket网络编程入门案例的客户端的开发*/
public class ClientDemo {public static void main(String[] args) {try {//1. 创建客户端的Socket对象，请求与服务端连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);new ClientReaderThread(socket).start();//2. 使用socket对象调用getOutputStream()方法得到字节输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//3. 把低级的字节输出流包装成打印流PrintStream printStream = new PrintStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {//4. 发送消息System.out.println("请说：");String msg = sc.nextLine();printStream.println(msg);printStream.flush();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}
class ClientReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ClientReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {//从socket通信管道获得一个字节输入流InputStream in = socket.getInputStream();//把自己输入流包装成缓冲字符输入流BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));//按照行读取消息String msg;while ((msg = buf.readLine()) != null) {System.out.println("收到消息 : " + msg);}} catch (Exception e) {System.out.println("服务端把你踢出去了！！！");}}}

package com.shouyeren.net_app.tcp_sms;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** 开发socket网络编程入门案例的服务端*/
public class ServerDemo {//定义一个静态的List集合处在当前在线的Socketpublic static List<Socket> allOnlineSocket = new ArrayList<>();public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===========服务端启动=============");//1.注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);while (true) {//必须使用accept方法，等待接收客户端的socket连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "连接成功！！！");allOnlineSocket.add(socket);//把新连接的Socket交给有个独立的线程处理并启动线程new ServerReaderThread(socket).start();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {//从socket通信管道获得一个字节输入流InputStream in = socket.getInputStream();//把自己输入流包装成缓冲字符输入流BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));//按照行读取消息String msg;while ((msg = buf.readLine()) != null) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+" : " + msg);//把收到的消息转发给所有在线的客户端sendMsgToAll(msg);}} catch (Exception e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "已下线！！！");ServerDemo.allOnlineSocket.remove(socket);}}private void sendMsgToAll(String msg) throws Exception {for (Socket socket : ServerDemo.allOnlineSocket) {PrintStream printStream = new PrintStream(socket.getOutputStream());printStream.println(msg);printStream.flush();}}}

TCP通信实战案例——模拟B/S系统

服务器必须给浏览器响应HTTP协议格式的数据，否则浏览器不识别。

package com.shouyeren.net_app.BS;import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class ServerDemo {public static void main(String[] args) {try {//1.注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);while (true) {//必须使用accept方法，等待接收客户端的socket连接请求Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "连接成功！！！");//把新连接的Socket交给有个独立的线程处理并启动线程new ServerReaderThread(socket).start();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {PrintStream printStream = new PrintStream(socket.getOutputStream());//协议类型和版本 响应成功消息printStream.println("HTTP/1.1 200 OK");//响应的数据类型 文本/网页printStream.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");//这里需要一个空行printStream.println();//响应数据正文printStream.println("<span style='color:red;font-size:90px'> 响应数据!!! </span>");printStream.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

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