JAVA网络编程（一）

一、什么是网络编程

定义：在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，进行的数据传输。
应用场景：即时通信，网游，邮件等
不管什么场景，都是计算机与计算机之间通过网络在进行数据传输
java提供一个java.net包，可以帮助我们开发网络应用程序。

二、常见的网络应用程序架构

CS架构是指在远端有一个服务器Server，用户需要在本地下载一个客户端Client。
BS架构是指远端有一个服务器，用户通过浏览器进行访问。

BS架构的优缺点

优点：
①不需要开发客户端，只需要页面和服务端
②用户不需要下载应用，只需要在浏览器访问
缺点：
①如果应用中的资源体积过大，那么用户体验将受到影响，比如图片过大，浏览器就要加载一会儿才能显示。

CS架构的优缺点

优点：
①画面可以做的非常精美，不用担心传输慢，因为需要提前下载资源包到本地
缺点：
②需要开发客户端和服务端，工作量加大
③用户需要下载安装和更新

三、网络编程三要素

IP、端口号、协议

IP

全称：Internet Protocol，是互联网协议地址，也称ip地址，是分配给上网设备的数字标签。
常见的IP分类有IPv4和IPv6两种。

IPv4

IPv6

总结：

IPv4是如何节约分配的？

以网吧举例，网吧里面的电脑很多，不可能为每一台电脑设置一个公网ip，所以就出现了下面的方案：
所有电脑共用一个公网ip，每台电脑拥有一个局域网ip

特殊的Ip地址

127.0.0.1，也可以是localhost：是回送地址，也称本地回环地址，也称本机ip，永远只会寻找当前所在本机。
提问：
如果192.168.1.100是我电脑的ip地址，那么这个ip和127.0.0.1是一样的吗？
答案：不是的，192.168.1.100是局域网给你的电脑分配的ip地址，而127.0.0.1是只代表本机的地址
举例：
使用电脑向192.168.1.100发送消息，数据会先经过路由器，然后通过路由器发送数据给我的电脑。
并且如果我的电脑换了一个局域网环境，比如换了一个路由器，那么我的电脑的ip地址可能会发生改变。

如果使用127.0.0.1，我的电脑就不会向路由器发送信息，信息在通过网卡的时候就会发现这条数据是发送给回环地址的，直接发送给我的电脑。

常见的cmd命令

总结

InetAddress对象

InetAddress类没有公有的构造方法，只能通过getByName(String name）方法获取InetAddress对象。
InetAddress对象表示一个IP，一个IP对应着一台网络中的设备，所以InetAddress对象也可以表示一台设备。
当获取到这台设备的InetAddress对象时，就可以给这个对象发送消息了

/*** @author Watching* * @date 2023/5/26* * Describe:* static InetAddress getByName(String host) 确定主机名称的ip地址，主机名称可以是机器名称，也可以是ip地址* String getHostName() 获取此ip地址的主机名* String getHostAddress() 返回文本显示中的ip地址字符串*/
public class MyInetAddressDemo1 {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {//InetAddress 表示ip的对象，而ip有表示一台联网设备，所以这也能表示一台设备对象InetAddress address = InetAddress.getByName("DESKTOP-DHVQ061");System.out.println(address);String hostAddress = address.getHostAddress();System.out.println(hostAddress);String hostName = address.getHostName();System.out.println(hostName);}
}

端口号

端口号时应用程序在一台设备中的唯一标识
端口号：由两个字节表示的整数，取值范围：0~65535
其中0~1023之间的端口用于一些知名的网络服务或应用，所以我们自己的程序应该使用1024以上的端口号
一个端口号只能被一个应用程序使用

协议

计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议。

OSI参考模型
数据从应用层一直传输到物理层，转为可网络传递的二进制形式，传递另外一台电脑上，再由下到上到应用层，转为原始数据。

TCP/IP协议
TCP/IP模型将应用层、表示层、会话层合为一层，数据链路层、物理层合为一层。
TCP/IP模型减少了流程复杂度，减少了资源消耗

我们重点学习传输层的TCP和UDP协议。

UDP协议

UDP协议的特点就是速度快，面向无连接， 不管是否连接成功，都会发送数据，应用场景比如视频聊天，电话等，就算出现了连接失败，也只是会出现卡顿的情况

测试UDP传输数据

步骤：
1.创建DatagramSocket对象，建立连接
2.打包数据，需要指定接收端口
3.发送数据
4.关闭连接

/*** @author Watching* * @date 2023/5/26* * Describe:*/
public class SendMessageDemo1 {public static void main(String[] args) throws IOException {//发送数据//1.创建DatagramSocket对象//细节://绑定端口，以后我们就是通过这个端口往外发送//空参:所有可用的端口中随机一个进行使用//有参:指定端口号进行绑定DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();//2.打包数据String str = "你好威啊";byte[] bytes = str.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port = 10086;DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//3.发送数据datagramSocket.send(dp);//4.关闭连接datagramSocket.close();}
}

在打包数据的时候，DatagramPacket里面有很多构造器，可以根据需要选择不同的构造器。

测试UDP接收数据

步骤:
1.创建DatagramSocket对象建立连接，端口要与发送者的目的端口一致
2.创建DatagramPacket对象接收数据
3.通过DatagramPacket对象获取数据、数据长度、发送者IP、发送者端口号等信息
4.断开连接

/*** @author Watching* * @date 2023/5/27* * Describe:*/
public class ReceiveMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.创建socket连接,端口要与发送消息的要相同DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);//2.接受数据包byte[] bytes = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);//该方法是阻塞式的方法，会一直阻塞直到接受到消息ds.receive(dp);//3.解析数据包byte[] data = dp.getData();int length = dp.getLength();InetAddress address = dp.getAddress();int port = dp.getPort();System.out.println(new String(data,0, length));System.out.println("数据是从 [" + address + "]" + "发送来的");System.out.println("端口是 [" + port + "]");}
}

接收数据时使用的DatagramSocket对象的 receive(DatagramPacket dp) 方法，这个方法是阻塞式的，直到接收到传来的消息才会停止阻塞。

UDP的三种通信方式

单播
单对单传输

组播
一组设备接收消息

广播
所有设备都能接收消息

UDP三种通信方式的代码实现

单播

前面我们编写的代码就是单播

组播

发送端：
步骤：
①创建组播连接，使用MultiCastSocket类
②创建DatagramPacket对象打包数据，需要指定接收端口
③发送消息
④关闭连接

/*** @author Watching* * @date 2023/5/27* * Describe:测试组播发送代码**/
public class SendMessageDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.创建组播连接MulticastSocket mcs = new MulticastSocket();//2.创建数据包打包数据String str = "你好";byte[] bytes = str.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");int port = 10086;DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length,address,port);//3.发送消息mcs.send(dp);//4.关闭连接mcs.close();}
}

接收端：
步骤：
①创建组播连接，使用MultiCastSocket
②将当前连接加入组播地址
③创建DatagramPacket对象接收数据
④解析数据
⑤关闭连接

/*** @author Watching* * @date 2023/5/27* * Describe:接收组播消息*/
public class ReceiveMessageDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.建立mcs连接，并且填写发送端的端口MulticastSocket mcs = new MulticastSocket(10086);//2.将当前本机连接加入组播InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");mcs.joinGroup(address);//3.创建DatagramPacket接收数据byte[] bytes = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);//4.接收数据mcs.receive(dp);//5.解析数据int port = dp.getPort();InetAddress ip = dp.getAddress();int length = dp.getLength();byte[] data = dp.getData();System.out.println(new String(data, 0, length));System.out.println("数据来自 [" + ip + "] 端口 [" + port + "]");//5.关闭连接mcs.close();}
}

可以多创建两个类，并运行他们，当发送端的代码执行后，每个添加进组播的连接都能接收到数据

广播

将单播的代码创建数据包DatagramPacket时，将发送的地址改为255.255.255.255就成了广播，局域网中的所有设备都能受到消息。

TCP协议

TCP协议的特点就是面向连接，要在确保连接成功之后才会传输数据，应用场景比如下载软件，发送邮件等。下载软件丢失了数据，可能会导致软件安装不成功，发送邮件丢失数据可能会导致邮件内容错乱。

TCP通信程序

客户端代码编写步骤：
①创建客户端Socket对象与指定服务端连接
Socket(String host，int port);
②获取输出流，写数据
OutputStream getOutputStream
③释放资源

/*** @author Watching* * @date 2023/5/27* * Describe:tcp协议客户端*/
public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//tcp协议发送数据//1.创建socket连接对象//细节：创建对象的同时会连接服务端，如果连接不上，会直接报错 Exception in thread "main" java.net.ConnectException: Connection refused: connectSocket socket =  new Socket("127.0.0.1",10086);//这行代码就是在创建连接（三次握手//2.从连接通道中获取输出流，将数据输出给服务端OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();String str = "你好！";outputStream.write(str.getBytes());//3.关闭资源outputStream.close();socket.close();//断开连接，四次挥手协议，保证连接通道中的数据已经处理完成了}
}

服务端代码编写步骤：
①创建服务器端的socket对象（ServerSocket）
ServerSocker(int port)
②监听客户端连接，返回Socket对象
Socket accept()
③获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
InputStream getInputStream()
④释放资源

/*** @author Watching* * @date 2023/5/27* * Describe:tcp协议服务端*/
public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//服务端 接收数据//1.创建服务端连接ServerSocket ss = new ServerSocket(10086);//需要绑定一个端口号，以供客户端访问//2.监听客户端的连接Socket accept = ss.accept();//accept方法也是一个阻塞式的方法//3.从连接通道中获取输入流InputStream is = accept.getInputStream();byte[] bytes = new byte[1024];int len;while ((len = is.read(bytes)) != -1) {System.out.println(new String(bytes,0,len));}//4.释放资源is.close();ss.close();}
}

3次握手，4次挥手
3次握手建立连接：

4次挥手断开连接：

总结