Java网络编程

网络模型

一、分类

可分为OSI参考模型和TCP/IP参考模型如下图所示：

 

二、通信

网络通信三要素：IP地址，端口号，传输协议

IP地址：

        1、它是网络中的设备标识

        2、不易记忆，可用主机名表示，两者存在映射关系

        3、本机回环地址：127.0.0.1，主机名为：localhost。

IP地址：java中对应的是InetAddress类，存在于java.net包中。

端口号：

用于标识进程的逻辑地址，不用进程的标识。可分为物理端口和逻辑端口。

逻辑端口：用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识；有效端口：0~65535，其中0~1024系统使用或保留端口。

传输协议：

        即通信规则，包含TCP和UDP协议

通信数据传输示意图如下：

 

传输协议

一、Socket：

套接字，通信的端点。

就是为网络服务提供的一种机制，通信的两端都有Socket，网络通信其实就是Socket间的通信，数据在两个Socket间通过IO传输。

二、UDP协议

1、概述

是面向无连接，明确了对方的端口，无论在不在网上，只管传输，不在就会丢失数据。只求速度，应用于网络视频会议和聊天等应用程序中。

2、协议特点：

         a、面向无连接，即将数据及源和目的封装成数据包中，不建立链接的发送

         b、每个数据包的大小限制在64K之内

         c、因无连接，是不可靠的协议

         d、不建立连接，速度快。

3、传输方法：

        1）创建 UDPSocket发送服务对象：

              DatagramSocket()，不指定端口。DatagramSocket(int port)，指定端口。

        2）发送：void send(DatagramPacket p)

        3）接收：void receive(DatagramPacket p)

注意：直接操作udp不可能，对于java语言应该将udp封装成对象，易于我们的使用，这个对象就是DatagramSocket. 封装了udp传输协议的socket对象。

因为数据包中包含的信息较多，为了操作这些信息方便，也一样会将其封装成对象。这个数据包对象就是：DatagramPacket.通过这个对象中的方法，就可以获取到数据包中的各种信息。

DatagramSocket具备发送和接受功能，在进行udp传输时，需要明确一个是发送端，一个是接收端。

4、udp的发送端工作流程：

1，建立udp的socket服务，创建对象时如果没有明确端口，系统会自动分配一个未被使用的端口。

2，明确要发送的具体数据。

3，将数据封装成了数据包。

4，用socket服务的send方法将数据包发送出去。

5，关闭资源。

示例：

import java.net.*;class  UdpSend{public static void main(String[] args)throws Exception {// 1，建立udp的socket服务。DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);//指定发送端口，不指定系统会随机分配。// 2，明确要发送的具体数据。String text = "udp传输演示 哥们来了";byte[] buf = text.getBytes();// 3，将数据封装成了数据包。DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("10.1.31.127"),10000);// 4，用socket服务的send方法将数据包发送出去。ds.send(dp);// 5，关闭资源。ds.close();}}

5、udp的接收端工作流程：

1，创建udp的socket服务，必须要明确一个端口，作用在于，只有发送到这个端口的数据才是这个接收端可以处理的数据。

2，定义数据包，用于存储接收到数据。

3，通过socket服务的接收方法将收到的数据存储到数据包中。

4，通过数据包的方法获取数据包中的具体数据内容，比如ip、端口、数据等等。

5，关闭资源。

示例：

class UdpRece {public static void main(String[] args) throws Exception{// 1，创建udp的socket服务。DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);// 2，定义数据包，用于存储接收到数据。先定义字节数组，数据包会把数据存储到字节数组中。byte[] buf = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);// 3，通过socket服务的接收方法将收到的数据存储到数据包中。ds.receive(dp);//该方法是阻塞式方法。// 4，通过数据包的方法获取数据包中的具体数据内容，比如ip，端口，数据等等。String ip = dp.getAddress().getHostAddress();int port = dp.getPort();String text = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());//将字节数组中的有效部分转成字符串。System.out.println(ip+":"+port+"--"+text);// 5，关闭资源。ds.close();}}

三、TCP协议

1、概述

是面向连接的，必须连接成功才能传输数据，应用于下载等程序上

2协议特点

         1）面向连接，在建立连接后，形成传输数据的通道

         2）在连接中进行大数据量的传输

         3）通过三次握手完成连接，是可靠的协议

         4）必须建立连接，效率稍慢

三次握手：第一次本方发送请求，第二次对方确认连接，第三次本方再次确认连接成功。

3、通信的步骤：

        1）找到IP地址

        2）数据要发送到对象指定应用程序，为标识这些应用程序，所以给这些网络应用程序都用数字标识，为方便称呼这个数字，叫做端口，即逻辑端口。

        3）定义通信规则，称之为协议。国际组织定义了通用协议，即TCP/IP。

注意：必须要有数字标识才能将数据发送到应用程序上。

4、数据传输

两个端点的建立连接后会有一个传输数据的通道，这通道称为流，而且是建立在网络基础上的流，称之为socket流。该流中既有读取，也有写入。

tcp的两个端点：一个是客户端，一个是服务端。

客户端：对应的对象，Socket

服务端：对应的对象，ServerSocket

 

TCP客户端工作流程：

1，建立tcp的socket服务，最好明确具体的地址和端口。这个对象在创建时，就已经可以对指定ip和端口进行连接(三次握手)。

2，如果连接成功，就意味着通道建立了，socket流就已经产生了。只要获取到socket流中的读取流和写入流即可，只要通过getInputStream和getOutputStream就可以获取两个流对象。

3，关闭资源。

示例：

import java.net.*;import java.io.*;//需求：客户端给服务器端发送一个数据。class  TcpClient{public static void main(String[] args) throws Exception{Socket s = new Socket("10.1.31.69",10002);OutputStream out = s.getOutputStream();//获取了socket流中的输出流对象。out.write("tcp演示，哥们又来了!".getBytes());s.close();}}

TCP服务端工作流程：

1，创建服务端socket服务，并监听一个端口。

2，服务端为了给客户端提供服务，获取客户端的内容，可以通过accept方法获取连接过来的客户端对象。

3，可以通过获取到的socket对象中的socket流和具体的客户端进行通讯。

4，如果通讯结束，关闭资源。注意：要先关客户端，再关服务端。

示例：

class  TcpServer{public static void main(String[] args) throws Exception{ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);//建立服务端的socket服务Socket s = ss.accept();//获取客户端对象String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();System.out.println(ip+".....connected");// 可以通过获取到的socket对象中的socket流和具体的客户端进行通讯。InputStream in = s.getInputStream();//读取客户端的数据，使用客户端对象的socket读取流byte[] buf = new byte[1024];int len = in.read(buf);String text = new String(buf,0,len);System.out.println(text);// 如果通讯结束，关闭资源。注意：要先关客户端，在关服务端。s.close();ss.close();}} 

应用案例

一、实现客户端的并发登录

设计需求：

1、客户端通过键盘录入用户名，服务端对这个用户名进行校验。

2、如果该用户存在，在服务端显示xxx，已登陆；并在客户端显示xxx，欢迎光临。

       3、如果用户不存在，在服务端显示xxx，尝试登陆；并在客户端显示xxx，该用户不存在。

       4、最多就登录三次。

设计代码：

import java.io.*;import java.net.*;//客户端class  LoginClient{public static void main(String[] args) throws Exception{//创建服务Socket s=new Socket("localhost",10000);//键盘录入BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); //用Socket服务输出流写入数据PrintWriter out =new PrintWriter(s.getOutputStream(),true ); //接收服务器返回的信息BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream())); String line=null; for(int x=0;x<3;x++){line=br.readLine();//读取键盘录入if (line==null){break;//如果键盘没有输入，则直接结束} out.println(line);//将数据写入流中 String info=in.readLine();//读取返回信息 System.out.println(info); if (info.contains("欢迎"))//---------------{break;//如果登录成功，就跳出循环}} br.close();//关流s.close();}} //服务端class LoginServer{public static void main(String [] args)throws Exception{//创建服务，监听端口ServerSocket ss=new ServerSocket(10000);while (true){//获取客户端对象Socket s=ss.accept();//客户端执行线程new Thread(new LoginThread(s)).start();}//ss.close();}} //利用多线程实现并发登录class LoginThread implements Runnable{private Socket s;LoginThread(Socket s){this.s=s;}public void run(){//获取客户端ipString ip=s.getInetAddress().getHostAddress();System.out.println(ip+"  connected.....");try{for (int x=0;x<3 ;x++ ){//通过客户端的读取流读取数据BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));//读取数据库中的数据，这里用文件来表示数据库BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader("users.txt")); String line=in.readLine();//读取客户端数据if (line==null)//--------------{break;//如果客户端没有发送数据，则跳出循环}String data=null;boolean flag=false;//设置标记//读取数据库中的用户数据while ((data=br.readLine())!=null){if (line.equals(data)){flag=true;//如果用户存在，则将标记设为truebreak;}} //将数据写入到指定文件中PrintWriter out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true); if (flag){System.out.println(line+",已登陆！");out.println(line+"，欢迎光临！"); break;//-----------}else{System.out.println(line+",尝试登陆！");out.println(line+"，用户名不存在！");}}s.close();//关流}catch (Exception e){throw new RuntimeException("用户登陆失败");}}} 

二、实现URL连接

示例：

import java.net.*;  import java.io.*;    /**URLConnection 抽象类是所有类的超类，它代表应用程序和URL之间的通信链接，此类的实例可用于读取和写入此URL引用的资源，通常，创建一个到URL的            连接需要几个步骤。      * 1，通过在URL，上调用openConnection()方法创建连接对象，      * 2，处理设置参数和一般请求属性      * 3，使用connect方法建立到远程对象的实际连接，      * 4，远程对象变为可用，远程对象的头字段和内容变为可访问。      * URLConnection openConnection()返回一个URLConnection对象，它表示到URL所引用的远程对象的连接。      * InputStream getInputStream()返回从此打开的连接读取的输入流。             * InputStream openStream()打开到此URL的连接并返回一个用于从该连接读入的InputStream      * @param args      */   public class URLConnectionDemo {        public static void main(String[] args) throws Exception      {          URL url=new URL("http://192.68.1.123:8080/myweb/demo.html");                    URLConnection conn=url.openConnection();                    System.out.println(conn);                    InputStream in=conn.getInputStream();                    byte[]buf=new byte[1024];                    int len=in.read(buf);                    System.out.println(new String(buf,0,len));      }  }