JAVA基础——网络编程

                                                                                                            一     概述

1、网络模型：OSI参考模型和TCP/IP参考模型

图示：

        一般来说开发处于传输层和网际层，应用层为：FTP和HTTP协议等，传输层为：UDP和TCP等，网际层为：IP。

        通常用户操作的是应用层，而编程人员需要做的是传输层和网际层，用户在应用层操作的数据，经过逐层封包，最后到物理层发送到另一个模型中，再进行逐层解包，图示为：

 

2、网络通信三要素：IP地址，端口号，传输协议

A、IP地址

        a、它是网络中的设备标识

        b、不易记忆，可用主机名表示，两者存在映射关系

        c、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。

InetAddress类：

     （一）无构造函数，可通过getLocalHost()方法获取InetAddress对象，此方法是静态的，返回本类对象。

                  InetAddress i = InetAddress.getLocalHost();

     （二）方法：

                1）static InetAddress getByName(String host)：获取指定主机的IP和主机名。（最好用ip地址去获取，主机名需要解析）

                2）static InetAddress[] getAllByName(String host)：在给定主机名的情况下，根据系统上配置的名称服务返回IP地址所组成的数组。返回对象不唯一时，用此方法。

                3）String getHostAddress()：返回IP地址字符串文本形式，以IP地址为主。

                4）String getHostName()：返回IP地址主机名。

     （三）如何获取任意一台主机的IP地址对象：

                1）功能：返回InetAddress对象

                2）对于任意主机，需要指定传入主机名的参数

注意：如果IP地址和对应的主机名，这种映射关系没有在网络上，就不会解析成功，返回的还是指定的IP。

B、端口号：

        a、用于标识进程的逻辑地址，不用进程的标识。

        b、有效端口：0 ~65535，系统使用或保留的端口是：0~ 1024。

C、传输协议：

        即通信规则，包含TCP和UDP协议

UDP

        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。

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。

TCP

        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

协议特点：

         a、面向连接，在建立连接后，形成传输数据的通道

         b、在连接中进行大数据量的传输

         c、通过三次握手完成连接，是可靠的协议

         d、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。

 

二     传输协议

一、Socket

        1、它被称之为插座，相当于港口一样，是网络服务提供的一种机制。

        2、通信两端都要有Socket，才能建立服务。

        3、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传输

1、通过类DatagramSocket，此类表示用发送和接收数据包的套接字，即Socket。

2、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)

       其中DatagramPacket：数据报包用来实现无连接包投递服务的，每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器中。凡是带地址（InetAddress）的都是用于发送包的。

3、步骤

        1）发送数据：

              a、建立UDPSocket服务，在此无需指定端口，也可以将端口加入。如果不指定的话，系统会随机分配一个端口，如第一次运行时端口为1093，那么第二次就会顺延为1094，再运行会一直顺延，因为之前的端口还没有得到释放，所以会顺延端口号值。

              b、提供数据，并将数据封装到数据包中

              c、通过socket服务的发送功能，将数据包发送出去

              d、关闭资源

        2）接收数据：

              a、定义UDPSocket服务。通常会监听一个端口，其实就是给这个接收网路应用程序定义数字标识，方便于明确哪些数据过来该应用程序可以处理。

              b、定义一个数据包，用来存储接收到的字节数据，因为数据包对象中有更多功能可以提取字节数据中的不同数据信息。

              c、通过socket服务的receive方法接收到的数据存入已定义好的数据包中

              d、通过数据包对象的特有功能，将这些不同的数据取出，打印在控制台上

              e、关闭资源

        在定义接收数据的方法中，仍会在DatagramSocket构造函数中传入DatagramPacket的参数，这是因为收到的数据太多，需要解析，通过将数据封装成对象，易于解析，所以需要传入参数。

注意：

        1、发送端与接收端是两个独立的运行程序。

        2、在发送端，要在数据包对象中明确目的地IP及端口。

        3、在接收端，要指定监听的端口。

三、TCP传输

1、TCP分客户端和服务端。客户端对应的对象是Socket，服务端对应的对象是ServerSocket。

2、方法：

        1）创建客户端对象：

              Socket()：创建空参数的客户端对象，一般用于服务端接收数据

              Socket(String host,int port)，指定要接收的IP地址和端口号

        2）创建服务端对象：ServerSocket(int port)：指定接收的客户端的端口

        3）Socket accept()：监听并接受到此套接字的连接

        4）void shutdownInput()：此套接字的输入流至于“流的末尾”

        5）void shutdownOutput()：禁用此套接字的输出流

        6）InputStream getInputStream()：返回此套接字的输入流，Socket对象调用

        7）OutputStream getOutputStream()：返回套接字的输出流，Socket对象调用

3、基本思路

客户端：

        1）客户端需要明确服务器的ip地址以及端口，这样才可以去试着建立连接，如果连接失败，会出现异常。

        2）连接成功，说明客户端与服务端建立了通道，那么通过IO流就可以进行数据的传输，而Socket对象已经提供了输入流和输出流对象，通过getInputStream(),getOutputStream()获取即可。

        3）与服务端通讯结束后，关闭Socket。

服务端：

        1）服务端需要明确它要处理的数据是从哪个端口进入的。

        2）当有客户端访问时，要明确是哪个客户端，可通过accept()获取已连接的客户端对象，并通过该对象与客户端通过IO流进行数据传输。

        3）当该客户端访问结束，关闭该客户端。

4、步骤

客户端：

        通过查阅Socket对象的API文档，发现在该对象在建立时，就可去连接指定主机，因为TCP是面向连接的，所以在建立Socket服务时，就要有服务端存在，并连接成功，形成通路后，再通过该通道进行数据的传输。

         1）创建Socket服务，并指定要连接的主机端口。通路一建立，就会产生Socket流（包括输入流和输出流），通过方法获取

         2）为了发送数据，应获取Socket中的输出流，如果要接收服务端的反馈信息，还需要获取Socket的输入流

         3）通过输出流的write()方法将要发送的数据写入到流中

         4）关闭Socket流资源

服务端：

        服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。需监听一个端口。

         1）建立服务端的Socket服务，并监听一个端口。通过ServerSocet带端口参数的构造函数

         2）获取连接过来的客户对象，通过ServerSocket的accept()方法，此方法是阻塞式的，如果服务端没有连接到就会一直等待

         3）客户端如果发过来数据，则服务端要使用对应的客户端对象，并获取到该客户端对象的读取流读取发过来的数据，并输出到指定目的地。

         4）关闭服务端（可选）。一般服务端是常开的，因为在实际应用中，随时有客户端在请求连接和服务。但这里需要定时关闭客户端对象流，避免某一个客户端长时间占用服务器端。

 

三     应用

一、用TCP客户端并发上传图片

1、一对一（单线程）上传的思路：

客户端

        a、服务端点。

        b、读取客户端已有的图片数据

        c、通过Socket输出流将数据发给服务端

        d、读取服务端反馈信息。

        e、关闭

服务端

        a、服务端服务，并监听窗口

        b、获取客户端对象，并获取客户ip

        c、读取客户端输入流数据

        d、写入文件

        e、用客户端输出流反馈信息

        f、关流

2、单线程的服务端有个局限性。当A客户端连接上以后，被服务端获取到。服务端执行具体流程。这时B客户端连接，只能等待。因为服务端还没有处理完A客户端的请求。还没有循环回来执行下一次accept方法。所以，暂时获取不到B客户端对象。

        那么为了可以让多个客户端同时并发访问服务端。服务端最好就是将每个客户端封装到一个单独的线程中，这样，就可以同时处理多个客户端请求。

如何定义线程呢？

        只要明确了每一个客户端要在服务端执行的代码，将该代码存入run方法即可。
二、客户端并发登录

        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。

        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。

        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。

        最多就登录三次。
三、客户端和服务的浏览器演示

        浏览器是一个标准的客户端，它可以对服务端传送过来的数据消息进行解析，把符合应用层协议的消息部分解析后，将头信息拆包掉，传送到应用层，只保留了正确的正文主题部分显示在主体部分上。

        而由于使用java编译是在传输层和网际层处理的，所以，会接受到全部的消息，包含了头消息。而浏览器处于应用层，已将发送来的头消息去除，只留下了主体信息。

四、URL和URLConnection

1、URL：

        URI：范围更大，条形码也包含于此范围

        URL：范围较小，即域名

方法：

        1）构造函数：URL(String protocol,String host,int port,String file);//根据指定 protocol、host、port号和 file 创建 URL对象。

        2）String getProtocol();//获取协议名称

        3）String getHost();//获取主机名

        4）int getPort();//获取端口号

        5）String getFile();//获取URL文件名

        6）String getPath();//获取此URL的路径部分

        7）String getQuery();//获取此URL的查询部，客户端传输的特定信息

注：一般输入网址，是不带端口号的，此时可进行获取，通过获取网址返回的port，若port为-1，则分配一个默认的80端口，如

        int port = getPort();

        if(port == -1)

              port = 80;

2、URLConnection

方法：

        1）URLConnection openConnection();//用URL调用此方法，返回一个 URLConnection 对象，它表示到 URL 所引用的远程对象的连接。

        2）InputStream getInputStream();//获取输入流

        3）OutputStream getOutputStream();//获取输出流