Java基础知识---网络编程（TCP/UPD/URL）

2018-05-14 本文已影响14人 ZebraWei

本博客主要对网络编程概述、通讯要素、InetAddress类、以及TCP和UDP网络通信、URL编程几大模块进行详细的描述。

一、网络编程概述

网络编程的概述：Java是 Internet 上的语言，它从语言级上提供了对网络应用程序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序。
计算机网络：把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源。
网络编程的目的：直接或间接地通过网络协议与其它计算机进行通讯。
网络编程中有两个主要的问题：1）如何准确地定位网络上一台或多台主机。2）找到主机后如何可靠高效地进行数据传输。
如何实现网络中的主机互相通信：1）通信双方地址。2）一定的规则（有两套参考模型）。OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广。TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。
相关的网络通信协议见。

二、通讯要素1：IP 和端口号

IP 地址：唯一的标识 Internet 上的计算机。本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1 主机名(hostName)：localhost。即定位那台计算机。
端口号：标识正在计算机上运行的进程（与计算机那个程序通讯）。不同的进程有不同的端口号，规定为一个 16 位的整数 0_{65535。其中，0}1023被预先定义的服务通信占用（如MySql占用端口3306，http占用端口80等）。使用端口号时，避免出现端口冲突。
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字。

InetAddress类：

Internet上的主机有两种方式表示地址：

1 域名(hostName)：www.baidu.com

2 IP 地址(hostAddress)：202.108.35.210
InetAddress 类对象含有一个 Internet 主机地址的域名和IP地址：www.baidu.com 和 202.108.35.210。域名容易记忆，当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器（DNS）负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。 -------域名解析

 /**
   * 网络通信的第一个要素:IP地址。通过IP地址 唯一的定位互联网的上一台主机.
   * InetAddress:位于java.net包下
   * 1.InetAddress用来代表IP地址。一个InetAddress的对象就代表一个IP地址
   * 2.如何创建InetAddress的对象:getByName(String host)
   * 3.getHostName():获取IP地址对应的域名
   * 4.getHostAddress():获取IP地址
   *
 */
public class TestInetAddress {
     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
          //创建有一个InetAddress对象:getByname()
          InetAddress inet = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
          // inet = InetAddress.getByName("112.90.32.8");
          System.out.println(inet);
          //两个方法
         System.out.println(inet.getHostName());
         System.out.println(inet.getHostAddress());
         //获取本机的IP:getLocalHost()
         InetAddress inet1 = InetAddress.getLocalHost();
         System.out.println(inet1);
         System.out.println(inet1.getHostName());
         System.out.println(inet1.getHostAddress());
     }
}

三、TCP/UDP

传输层协议中有两个非常重要的协议： 1）传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)。2）用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP层、传输层和应用层。

TCP和UDP对比：

TCP协议：

1 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道 , 传输前，采用“三次握手”方式，是可靠的。
2 TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。在连接中可进行大数据量的传输。
3 传输完毕，需释放已建立的连接，效率低。

UDP协议：

1 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接。
2 每个数据报的大小限制在64K内。
3 因无需连接，故是不可靠的。
4 发送数据结束时无需释放资源，速度快。

四、基于Socket的TCP编程

利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实上的标准。通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。网络通信其实就是Socket间的通信。Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端。
客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：

1创建 Socket：根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
2 打开连接到 Socket 的输入/出流：使用 getInputStream()方法获得输入流，使用 getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输。
3 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。

4 关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路。

//客户端
@Test
public void client() {
  Socket socket = null;
  OutputStream os = null;
  try {
      //1.创建一个Socket的对象，通过构造器指明服务器的IP地址，以及其接受程序的端口号
      socket = new Socket(InetAddress.getByName("192.168.0.131"),9090);
      //2.getOutputStream().发送数据，方法返回OutputStream的对象
      os = socket.getOutputStream();
      //3.具体的输出过程
      os.write("我是客户端，请多关照".getBytes());
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  } finally {
      //关闭相应的流
      try {
          if(os != null) {
              os.close();
          }
          if(socket != null) {
              socket.close();
          }
      } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
      }
  }
}

客户端建立socket对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求。
服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：

1 调用 ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
2 调用 accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
3 调用该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。

4 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。

@Test
public void service() {
  ServerSocket ss = null;
  Socket s  = null;
  InputStream is = null;
  try {
      //1.创建一个ServerSocket的对象，通过构造器指明自身的端口号
      ss = new ServerSocket(9090);
      //2.调用其accept()方法，返回一个Socket的对象
      s  = ss.accept();
      //3.调用Socket对象的getInputStream（）获取一个客户端发送过来的输入流
      is = s.getInputStream();
      //4.对获取的输入流进行的操作
      byte[] b = new byte[20];
      int len ;
      while((len = is.read(b))!=-1) {
          String str = new String(b,0,len);
          System.out.println(str);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  } finally {
      //1.关闭相应的流
      try {
          if(is != null) {
              is.close();
          }
          if(s != null) {
              s.close();
          }
          if(ss != null) {
              ss.close();
          }
      } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
      }
  }
}

ServerSocket 对象负责等待客户端请求建立套接字连接，类似邮局某个窗口中的业务员。也就是说，服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字连接的ServerSocket对象。

//从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端。并关闭相应的连接
public class TestTCP3 {
@Test
public void client() {
    OutputStream os = null;
    FileInputStream fis = null;
    // 3.
    InputStream is = null;
    Socket socket  = null;
    try {
         socket = new Socket(InetAddress.getByName("192.168.0.131"),
                8098);
        os = socket.getOutputStream();
        fis = new FileInputStream(new File("1.jpg"));
        byte[] b = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = fis.read(b)) != -1) {
            os.write(b, 0, len);
        }
        socket.shutdownOutput();
        is = socket.getInputStream();
        byte[] b1 = new byte[1024];
        int len1;
        while ((len1 = is.read(b1)) != -1) {
            String str = new String(b1, 0, len1);
            System.out.println(str);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if (is != null) {
                is.close();
            }
            if (os != null) {
                os.close();
            }
            if (fis != null) {
                fis.close();
            }
            if( socket != null) {
                socket.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


@Test
public void server() {
    //1.
    ServerSocket ss = null;
    //2.
    Socket s = null;
    //3.
    InputStream is = null;
    FileOutputStream fos = null;
    //4.
    OutputStream os = null;
    try {
        ss = new ServerSocket(8098);
        s = ss.accept();
        is = s.getInputStream();
        fos = new FileOutputStream(new File("2.jpg"));
        byte[] b = new byte[1024];
        int len;
        while((len = is.read(b))!= -1) {
            fos.write(b,0,len);
        }
        os = s.getOutputStream();
        os.write("你发送的图片我已接受成功".getBytes());
    }  catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if(os != null) {
                os.close();
            }
            if(fos != null) {
                fos.close();
            }
            if(is != null) {
                is.close();
            }
            if(s != null) {
                s.close();
            }
            if(ss != null) {
                ss.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

五、UDP网络通信

类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收，系统不保证UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不能确定什么时候可以抵达。DatagramPacket 对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和接收方的连接。
流程：

1 DatagramSocket与DatagramPacket
2 建立发送端，接收端
3 建立数据包
4 调用Socket的发送、接收方法

5 关闭Socket
发送端与接收端是两个独立的运行程序

//UDP编程的实现
public class TestUDP {
  //发送端
  @Test
  public void send() {
  DatagramSocket ds  = null;
  try {
      ds = new DatagramSocket();
      byte[] b = "我是要发送的数据".getBytes();
      //创建一个数据报，每一个数据包不能大于64K，都记录数据信息，发送端的IP,端口号
      //以及要发送到接受端的IP、端口号
      DatagramPacket pack = new DatagramPacket(b,0,b.length,
              InetAddress.getByName("192.168.0.131"),9080);
      ds.send(pack);
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  } finally {
      if(ds != null) {
          ds.close();
      }
  }


//接收端
@Test
 public void receiver() {
  DatagramSocket ds = null;
  try {
      ds = new DatagramSocket(9080);
      byte[] b = new byte[1024];
      DatagramPacket pack = new DatagramPacket(b,0,b.length);
      ds.receive(pack);
      
      String str = new String(pack.getData(), 0, pack.getLength());
      System.out.println(str);
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  } finally {
      if(ds != null) {
           ds.close();
      }
  }
}

六、URL编程

URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一资源的地址。通过 URL 我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 www，ftp 站点。浏览器通过解析给定的 URL 可以在网络上查找相应的文件或其他资源。
URL的基本结构由5部分组成：
<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>
例如: http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp

//URL:统一资源定位符:一个URL的对象，对应着互联网上的一个资源
//我们可以通过URL的对象调用其相应的方法，将此资源读取（“下载”）
public class TestURL {
public static void main(String[] args) {
    //创建一个URL的对象
    /**
             * public String getProtocol(  )     获取该URL的协议名
               public String getHost(  )           获取该URL的主机名
               public String getPort(  )            获取该URL的端口号
               public String getPath(  )           获取该URL的文件路径
               public String getFile(  )             获取该URL的文件名
               public String getRef(  )             获取该URL在文件中的相对位置
               public String getQuery(   )        获取该URL的查询名
             */
    //如何将服务端的资源读取出来:openStream()
    InputStream is = null;
    URL url = null;
    try {
        url = new URL("http://127.0.0.1:8080/examples/Helloword.txt");//File file = new File("文件路径")
        
        is = url.openStream();
        byte[] b = new byte[20];
        int len;
        while((len = is.read(b)) != -1) {
            String str = new String(b,0,len);
            System.out.println(str);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if(is != null) {
                is.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    //如果既有数据的输入，又有数据的输出，则考虑使用URLConnection
    InputStream is1 = null;
    FileOutputStream fos = null;
    try {
        URLConnection urlConn = url.openConnection();
        is1 = urlConn.getInputStream();
        fos = new FileOutputStream(new File("abc.txt"));
        byte[] b1 = new byte[20];
        int len1;
        while((len1 = is1.read(b1))!= -1) {
            fos.write(b1, 0, len1);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if(fos != null) {
                fos.close();
            }
            
            if(is1 != null) {
                is1.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Java基础知识---网络编程（TCP/UPD/URL）

一、网络编程概述

二、通讯要素1：IP 和端口号

InetAddress类：

三、TCP/UDP

TCP和UDP对比：

四、基于Socket的TCP编程

五、UDP网络通信

六、URL编程

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