Java 网络编程详解

1、什么是网络编程

在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，可以进行数据传输。
应用场景：
    1、即时通信 2、网游对战 3、邮件等等
Java中可以使用java.net包下的技术轻松开发出常见的网络应用程序

2、网络编程三要素

2.1 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收数据的计算机和识别发送的计算机，而IP地址就是这个标识号。也就是设备的标识,简单说就是设备在网络中的地址，是唯一的标识。

• IP地址分为两大类
  • IPv4：是给每个连接在网络上的主机分配一个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，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。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
  • 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。为了扩大地址空间，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，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题
• DOS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：
  • 127.0.0.1：是回送地址，可以代表本机地址，一般用来测试使用

2.1.1 InetAddress

InetAddress：此类表示Internet协议（IP）地址

相关方法

方法名	说明
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

代码演示

public class InetAddressDemo {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {//InetAddress address = InetAddress.getByName("LAPTOP-EAUDU4CD");InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.66");//public String getHostName()：获取此IP地址的主机名String name = address.getHostName();//public String getHostAddress()：返回文本显示中的IP地址字符串String ip = address.getHostAddress();System.out.println("主机名：" + name);System.out.println("IP地址：" + ip);}
}

2.2 端口

网络的通信，本质上是两个应用程序的通信。每台计算机都有很多的应用程序，那么在网络通信时，如何区分这些应用程序呢？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应用程序了。也就是设备上应用程序的唯一标识

2.2.1 端口号

用两个字节表示的整数，它的取值范围是0-65535。其中，0~1023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，注意一个端口只能被一个应用程序使用。

2.3 协议

通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、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才能完成数据交换。常见的协议有UDP协议和TCP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。

3、UDP通信程序

• 用户数据报协议（User Datagram Protocol）
• UDP是面向无连接通信的协议
• 速度快、有大小限制一次最多发送64k，数据不安全，易丢失数据

3.1 UDP发送数据

• Java中的UDP通信

  • UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，但是这两个Socket只是发送，接收数据的对象，因此对于基于UDP协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器的概念
  • Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket

• 构造方法

  方法名	说明
  DatagramSocket()	创建数据报套接字并将其绑定到本机地址上的任何可用端口
  DatagramPacket(byte[] buf,int len,InetAddress add,int port)	创建数据包,发送长度为len的数据包到指定主机的指定端口

• 相关方法

  方法名	说明
  void send(DatagramPacket p)	发送数据报包
  void close()	关闭数据报套接字
  void receive(DatagramPacket p)	从此套接字接受数据报包

• 发送数据的步骤

  • 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
  • 创建数据，并把数据打包
  • 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
  • 关闭发送端

代码演示：

public class SendDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)// DatagramSocket() 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的任何可用端口DatagramSocket ds = new DatagramSocket();//创建数据，并把数据打包//DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)//构造一个数据包，发送长度为 length的数据包到指定主机上的指定端口号。byte[] bys = "hello,udp,我来了".getBytes();DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10086);//调用DatagramSocket对象的方法发送数据//void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包ds.send(dp);//关闭发送端//void close() 关闭此数据报套接字ds.close();}
}

3.2 UDP接收数据

• 接收数据的步骤

  • 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
  • 创建一个数据包，用于接收数据
  • 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
  • 解析数据包，并把数据在控制台显示
  • 关闭接收端

• 构造方法

  方法名	说明
  DatagramPacket(byte[] buf, int len)	创建一个DatagramPacket用于接收长度为len的数据包

• 相关方法

  方法名	说明
  byte[] getData()	返回数据缓冲区
  int getLength()	返回要发送的数据的长度或接收的数据的长度

代码演示：

public class ReceiveDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);//创建一个数据包，用于接收数据byte[] bys = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);//调用DatagramSocket对象的方法接收数据ds.receive(dp);//解析数据包，并把数据在控制台显示System.out.println("数据是：" + new String(dp.getData(), 0,                                             dp.getLength()));}}
}

3.3 UDP通信案例

UDP发送数据：数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束
UDP接收数据：因为接收端不知道发送端什么时候停止发送，故采用死循环接收

代码演示：

/*UDP发送数据：数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束*/
public class SendDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket();//键盘录入数据Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {String s = sc.nextLine();//输入的数据是886，发送数据结束if ("886".equals(s)) {break;}//创建数据，并把数据打包byte[] bys = s.getBytes();DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, InetAddress.getByName("192.168.1.66"), 12345);//调用DatagramSocket对象的方法发送数据ds.send(dp);}//关闭发送端ds.close();}
}/*UDP接收数据：因为接收端不知道发送端什么时候停止发送，故采用死循环接收*/
public class ReceiveDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);while (true) {//创建一个数据包，用于接收数据byte[] bys = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);//调用DatagramSocket对象的方法接收数据ds.receive(dp);//解析数据包，并把数据在控制台显示System.out.println("数据是：" + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));}//关闭接收端
//        ds.close();}
}

3.4 UDP三种通讯方式

• 单播

  单播用于两个主机之间的端对端通信

• 组播

  组播用于对一组特定的主机进行通信

• 广播

  广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信

3.4.1 UDP组播实现

• 实现步骤

  • 发送端
    1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
    2. 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)
    3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据(在单播中,这里是发给指定IP的电脑但是在组播当中,这里是发给组播地址)
    4. 释放资源
  • 接收端
    1. 创建接收端Socket对象(MulticastSocket)
    2. 创建一个箱子,用于接收数据
    3. 把当前计算机绑定一个组播地址
    4. 将数据接收到箱子中
    5. 解析数据包,并打印数据
    6. 释放资源

代码实现：

// 发送端
public class ClinetDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket();String s = "hello 组播";byte[] bytes = s.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.1.0");int port = 10000;// 2. 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);// 3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据(在单播中,这里是发给指定IP的电脑但是在组播当中,这里是发给组播地址)ds.send(dp);// 4. 释放资源ds.close();}
}
// 接收端
public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建接收端Socket对象(MulticastSocket)MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);// 2. 创建一个箱子,用于接收数据DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);// 3. 把当前计算机绑定一个组播地址,表示添加到这一组中.ms.joinGroup(InetAddress.getByName("224.0.1.0"));// 4. 将数据接收到箱子中ms.receive(dp);// 5. 解析数据包,并打印数据byte[] data = dp.getData();int length = dp.getLength();System.out.println(new String(data,0,length));// 6. 释放资源ms.close();}
}

3.4.2 UDP广播实现

• 实现步骤

  • 发送端
    1. 创建发送端Socket对象(DatagramSocket)
    2. 创建存储数据的箱子,将广播地址封装进去
    3. 发送数据
    4. 释放资源
  • 接收端
    1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
    2. 创建一个数据包，用于接收数据
    3. 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
    4. 解析数据包，并把数据在控制台显示
    5. 关闭接收端

代码实现：

// 发送端
public class ClientDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建发送端Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket();// 2. 创建存储数据的箱子,将广播地址封装进去String s = "广播 hello";byte[] bytes = s.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");int port = 10000;DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);// 3. 发送数据ds.send(dp);// 4. 释放资源ds.close();}
}// 接收端
public class ServerDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);// 2. 创建一个数据包，用于接收数据DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);// 3. 调用DatagramSocket对象的方法接收数据ds.receive(dp);// 4. 解析数据包，并把数据在控制台显示byte[] data = dp.getData();int length = dp.getLength();System.out.println(new String(data,0,length));// 5. 关闭接收端ds.close();}
}

4、TCP通信

4.1 TCP发送数据

• Java中的TCP通信

  • Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装，使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信。
  • Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类

• 构造方法

  方法名	说明
  Socket(InetAddress address,int port)	创建流套接字并将其连接到指定IP指定端口号
  Socket(String host, int port)	创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号

• 相关方法

  方法名	说明
  InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流
  OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

示例代码：

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//TCP协议，发送数据//1.创建Socket对象//细节：在创建对象的同时会连接服务端//      如果连接不上，代码会报错Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);//2.可以从连接通道中获取输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//写出数据os.write("aaa".getBytes());//3.释放资源os.close();socket.close();}
}

4.2 TCP接收数据

• 构造方法

  方法名	说明
  ServletSocket(int port)	创建绑定到指定端口的服务器套接字

• 相关方法

  方法名	说明
  Socket accept()	监听要连接到此的套接字并接受它

• 注意事项

  1. accept方法是阻塞的,作用就是等待客户端连接
  2. 客户端创建对象并连接服务器,此时是通过三次握手协议,保证跟服务器之间的连接
  3. 针对客户端来讲,是往外写的,所以是输出流
     针对服务器来讲,是往里读的,所以是输入流
  4. read方法也是阻塞的
  5. 客户端在关流的时候,还多了一个往服务器写结束标记的动作
  6. 最后一步断开连接,通过四次挥手协议保证连接终止

代码实现：

public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//TCP协议，接收数据//1.创建对象ServerSockerServerSocket ss = new ServerSocket(10000);//2.监听客户端的链接Socket socket = ss.accept();//3.从连接通道中获取输入流读取数据InputStream is = socket.getInputStream();int b;while ((b = is.read()) != -1){System.out.println((char) b);}//4.释放资源socket.close();ss.close();}
}

4.3 TCP程序练习（传输中文）

客户端（发送端）

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//TCP协议，发送数据//1.创建Socket对象//细节：在创建对象的同时会连接服务端//      如果连接不上，代码会报错Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);//2.可以从连接通道中获取输出流OutputStream os = socket.getOutputStream();//写出数据os.write("你好你好".getBytes());//12字节//3.释放资源os.close();socket.close();}
}

服务端（接收端）

public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//TCP协议，接收数据//1.创建对象ServerSockerServerSocket ss = new ServerSocket(10000);//2.监听客户端的链接Socket socket = ss.accept();//3.从连接通道中获取输入流读取数据InputStream is = socket.getInputStream();InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);BufferedReader br = new BufferedReader(isr);// BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String line;while ((line = br.readLine()) != null){System.out.println(line);}//4.释放资源socket.close();ss.close();}
}

4.4 TCP多发多收

客户端：多次发送数据
服务器：接收多次接收数据，并打印

客户端：

public class ClientDemo01 {public static void main(String[] args) throws IOException {/*需求：TCP客户端：多次发送数据服务器：接收多次接收数据，并打印*///1. 创建Socket对象并连接服务端Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10085);//2.写出数据OutputStream os = socket.getOutputStream();Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请输入：");String message = sc.nextLine();if ("886".equals(message)){break;}os.write(message.getBytes());}//3.释放资源socket.close();}
}

服务端：

public class ServerDemo01 {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.创建对象绑定10086端口ServerSocket ss = new ServerSocket(10085);//2.等待客户端来连接Socket socket = ss.accept();//3.读取数据InputStreamReader isr = new InputStreamReader(socket.getInputStream());char[] chars = new char[1024];int ch;while((ch = isr.read(chars)) != -1){System.out.println(new String(chars,0,ch));}//4.释放资源socket.close();ss.close();}
}

4.5 TCP客户端服务端交替接发

客户端：发送数据，接受服务器反馈
服务器：收到消息后给出反馈

客户端：

public class ClientDemo02 {public static void main(String[] args) throws IOException {/*客户端：发送数据，接受服务器反馈服务器：收到消息后给出反馈*/Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10086);OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write("网络编程好学吗？".getBytes());socket.shutdownOutput();//仅仅关闭输出流.并写一个结束标记,对socket没有任何影响BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String line;while((line = br.readLine())!=null){System.out.println(line);}br.close();os.close();socket.close();}
}

服务端：

public class ServerDemo02 {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(10086);Socket socket = ss.accept();InputStreamReader isr = new InputStreamReader(socket.getInputStream());char[] arr = new char[1024];int ch;while ((ch = isr.read(arr)) != -1){System.out.println(new String(arr,0,ch));}BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));bw.write("还行吧！！！");bw.newLine();bw.flush();bw.close();socket.close();ss.close();}
}

5、三次握手和四次挥手

• 三次握手
  

• 四次挥手
  

• 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。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”

• 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

• 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。例如上传文件、下载文件、浏览网页等