Java网络编程

Java网络编程

一、网络通信概述

1、软件结构

C/S结构：

全称为Client/Sever结构，是指客户端和服务器结构；

B/S结构：

全称为Browser/Sever结构，是指浏览器和服务器结构；

网络编程：

在一定协议下，实现两台计算机通信的程序；

2、网络通信协议

网络通信协议：

通信协议是对计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。

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。

、网络通信协议分类

通信的协议还是比较复杂的， java 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这 些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。

UDP协议：

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。

TCP协议：

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。

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可 以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

4、网络编程三要素

协议：

计算机网络通信必须遵守的规则。

IP地址：

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地址分类 IPv4：是一个2位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成a.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:EF01:245:6789:ABCD:EF01:245:6789 ，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。

常用命令

查看本机IP地址，在控制台输入：

ipconfig

检查网络是否连通，在控制台输入：

ping 空格 IP地址

ping 220.181.57.216

特殊的IP地址

本机IP地址： 127.0.0.1 、localhost 。

端口号：

网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？

如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是0~6555。其中，0~102之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程

序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。

利用协议+ IP地址+ 端口号 三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

二、TCP通信程序

1、概述

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（Client）与服务端（Server）。

两端通信时步骤：

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。

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序：

①客户端： java.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.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、TCP通信的客户端代码实现

TCP通信的客户端：

向服务器发送连接请求，给服务器发送连接数据，读取服务器回写的数据；

Socket类：

此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点。

套接字：包含了IP地址和端口号的网络单位；

构造方法：

Socket(String host, int port)

创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号；

参数说明：

String host：服务器主机名称/服务器的IP地址

int port：服务器的端口号

成员方法：

OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流；

IntputStream getIntputStream()返回此套接字的输入流；

void close()关闭此套接字；

实现步骤：

①创建一个客户端对象Socket，构造方法中传入服务器的地址和端口号；

②使用Socket中的getOutputStream()方法获取网络字节输出流OutputStream对象；

③使用网络字节输出流OutputStream的write方法，给服务器发送数据；

④使用Socket中的getInputStream()方法获取网络自己输入流InputStream对象；

⑤使用网络字节输入流InputStream中的read方法，读取服务器回写的数据；

⑥释放资源（Socket）

代码演示：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package study;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.Socket;

public class TCP_C {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //①创建一个客户端对象Socket，构造方法中传入服务器的地址和端口号；
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //②使用Socket中的getOutputStream()方法获取网络字节输出流OutputStream对象；
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //③使用网络字节输出流OutputStream的write方法，给服务器发送数据；
        os.write("客户端：你好服务器！".getBytes());
        //④使用Socket中的getInputStream()方法获取网络自己输入流InputStream对象；
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //⑤使用网络字节输入流InputStream中的read方法，读取服务器回写的数据；
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(bytes);
        println(new String(bytes,0,len));
        //⑥释放资源（Socket）
        ();
        ();
    }
}

、TCP通信的服务器代码实现

TCP通信服务端：接收客户端的请求，读取客户端发送的数据，给客户端回写数据；

ServerSocket类：

ServerSocket此类实现服务器套接字;

构造方法：

ServerSocket(int port)创建绑定到特定端口的服务器套接字；

注意：服务器必须明确一件事情，必须知道是哪个客户端请求的数据，所以可以通过accept方法获取请求的客户端对象Socket；

成员方法：

Scoket accept()监听并接收此套接字的连接；

使用步骤：

①创建ServerSocket对象，构造方法传入特定端口；

②使用ServerSocket中的accept方法，获取到请求客户端的Socket对象；

③使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象；

④使用网络字节输入流InputStream中的read方法，读取客户端发送的数据；

⑤使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输入流OutputStream对象；

⑥使用网络字节输出流OutputStream中的write方法，给客户端回写数据；

⑦释放资源（ServerSocket，Socket）；

代码演示：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package study;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.ServerSocket;
import java.Socket;

public class TCP_S {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //①创建ServerSocket对象，构造方法传入特定端口；
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //②使用ServerSocket中的accept方法，获取到请求客户端的Socket对象；
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //③使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象；
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //④使用网络字节输入流InputStream中的read方法，读取客户端发送的数据；
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(bytes);
        println(new String(bytes,0,len));
        //⑤使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输入流OutputStream对象；
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //⑥使用网络字节输出流OutputStream中的write方法，给客户端回写数据；
        outputStream.write("服务器：收到，谢谢！".getBytes());
        //⑦释放资源（ServerSocket，Socket）；
        ();
        ();
        ();
        ();
    }
}

运行结果：

三、综合案例-文件上传

1、分析图解

2、文件上传案例客户端代码实现

文件上传案例客户端：

读取本地文件，上传到服务器，读取服务器回写的数据；

明确：

数据源；

上传文件的目的地（服务器）；

实现步骤：

①创建一个本地字节输入流FileInputStream对象，构造方法中绑定要读取的数据源；

②创建一个客户端Socket对象，构造方法中绑定服务器的IP和端口号；

③使用Socket中的getOutputStream方法，获取网络字节输出流OutputStream对象；

④使用本地字节输入流FileInputStream中的read方法，读取本地文件；

⑤使用网络字节输出流OutputStream中的write方法，把读取到的文件上传到服务器；

⑥使用Socket中的getInputStream方法，获取网络字节输入流InputStream对象；

⑦使用网络字节输入流InputStream中的read方法读取回写的数据；

⑧释放资源（FileInputStream，Socket）

代码演示：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package study;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.Socket;

public class UploadFileC {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //①创建一个本地字节输入流FileInputStream对象，构造方法中绑定要读取的数据源；
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\1.jpg");
        //②创建一个客户端Socket对象，构造方法中绑定服务器的IP和端口号；
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //③使用Socket中的getOutputStream方法，获取网络字节输出流OutputStream对象； 
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //④使用本地字节输入流FileInputStream中的read方法，读取本地文件；
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while (true){
            int len = fileInputStream.read(bytes);
            if(len==-1){
                break;
            }
            //⑤使用网络字节输出流OutputStream中的write方法，把读取到的文件上传到服务器；
            outputStream.write(bytes,0,len);
        }
        //⑥使用Socket中的getInputStream方法，获取网络字节输入流InputStream对象；
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //⑦使用网络字节输入流InputStream中的read方法读取回写的数据；
        byte[] bytes1 = new byte[1024];
        while (true){
            int len = inputStream.read(bytes1);
            if(len==-1){
                break;
            }
            println(new String(bytes1,0,len));
        }
        //⑧释放资源（FileInputStream，Socket）
        ();
        ();
        ();
        ();
    }
}

、文件上传案例服务器端代码实现

文件上传案例服务器端：

读取客户端上传的文件，保存到服务器的硬盘，给客户端回写“上传成功”；

明确：

数据源（客户端上传的文件）；

目的地（服务器硬盘）；

实现步骤：

①创建一个服务器对象ServerSocket对象，和系统要指定的端口号；

②使用ServerSocket中的accept方法，获取到请求的客户端的Socket对象；

③使用Socket的getInputStream方法，获取网络字节输入流InputStream对象；

④判断服务器硬盘上要存储文件的所在文件夹是否存在，若不存在则创建文件夹；

⑤创建一个本地字节输出流FileOutputStream，构造方法中传入输入的目的地；

⑥使用网络字节输入流InputStream的read方法，读取客户端上传到的文件；

⑦使用本地字节输出流FileOutputStream的write方法，将读取到的文件数据写入到服务器的硬盘上；

⑧使用Socket中的getOutputStream，获取网络字节输出流OutputStream对象；

⑨使用网络字节输出流OutputStream的write方法，给客户端回写“上传成功”；

⑩释放资源（FileOutputStream，ServerSocket，Socket）

代码演示：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package study;

import java.io.*;
import java.ServerSocket;
import java.Socket;

public class UploadFileS {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //①创建一个服务器对象ServerSocket对象，和系统要指定的端口号；
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //②使用ServerSocket中的accept方法，获取到请求的客户端的Socket对象；
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //③使用Socket的getInputStream方法，获取网络字节输入流InputStream对象；
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //④判断服务器硬盘上要存储文件的所在文件夹是否存在，若不存在则创建文件夹；
        File file = new File("C:\\Users\\Administrator\\Desktop");
        if(!()){
            ();
        }
            //⑤创建一个本地字节输出流FileOutputStream，构造方法中传入输入的目的地；
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2.jpg");
        //⑥使用网络字节输入流InputStream的read方法，读取客户端上传到的文件；
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while (true){
            int len = inputStream.read(bytes);
            if(len==-1){
                break;
            }
            //⑦使用本地字节输出流FileOutputStream的write方法，将读取到的文件数据写入到服务器的硬盘上；
            fileOutputStream.write(bytes,0,len);
        }
        //⑧使用Socket中的getOutputStream，获取网络字节输出流OutputStream对象；
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //⑨使用网络字节输出流OutputStream的write方法，给客户端回写“上传成功”；
        outputStream.write("服务器：文件已经收到！".getBytes());
        //⑩释放资源（FileOutputStream，ServerSocket，Socket）
        ();
        ();
        ();
        ();
        ();
    }
}

运行结果：

出现的问题：

4、文件上传案例阻塞问题

代码分析图：

我的代码分析图：

代码修改后的运行结果：

四、模拟B/S服务器案例

1、原理分析图

2、代码实现

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package study;

import java.io.*;
import java.ServerSocket;
import java.Socket;

public class BS_S {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建一个服务器，并指定一个端口号
        ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
        while (true){
            new Thread(() -> {
                try {
                    //使用accept方法获取请求的客户端对象（浏览器）
                    Socket socket = server.accept();
                    //使用Socket对象中的getInputStream方法，获取网络字节输入流InputStream对象
                    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                    //使用网络字节输入流InputStream对象中的read方法读取客户端发送的请求信息
            //        byte[] bytes = new byte[1024];
            //        while (true){
            //            int len = inputStream.read(bytes);
            //            if(len==-1){
            //                break;
            //            }
            //            println(new String(bytes,0,len));
            //        }
                    //只拿到第一行请求信息
                    String string = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream)).readLine();
                    //用字符串分离(空格)的方式去掉头GET尾HTTP/1.1
                    string = string.split(" ")[1];
                    String htmlPath = string.substring(1);
                    //创建一个本地字节输入流，构造方法传入文件路径htmlPath
                    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(htmlPath);
                    //使用Socket的getOutputStream方法获取网络字节输出流OutputStream对象
                    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                    //以下是固定写法
                    outputStream.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
                    outputStream.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
                    //必须写入空行，否则浏览器不解析
                    outputStream.write("\r\n".getBytes());
                    //以上是固定写法
                    //将服务器读取到的html文件回写到客户端
                    byte[] bytes = new byte[1024];
                    while (true){
                        int len = fileInputStream.read(bytes);
                        if (len==-1){
                            break;
                        }
                        outputStream.write(bytes,0,len);
                    }
                    ();
                    ();
                    ();
                    ();
                }catch (IOException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

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