黑马程序员_90_网络编程Socket

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概述

网络参考模型

OSI（Open System Interconnection 开放系统互连）参考模型 TCP/IP 参考模型
图示如下

七层模型
1. 物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后再转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。
2. 数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
3. 网络层：主要将下层接收到的数据进行IP地址（例，192.168.0.1）的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
4. 传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口号80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层叫做段。
5. 会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接收会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）。
6. 表示层：主要是进行对接收的数据进行解释，加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够识别的东西（如图片、声音等）。
7. 应用层：主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载）、WEB（IE浏览）、QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西，就是终端应用）。

注意事项
1、每个网卡的MAC地址都是全球唯一的。
2、路由器实现将数据包发送到指定的地点。
3、应用软件之间通信的过程就是层与层之间封包、解封包的过程。
4、OSI参考模型虽然设计精细，但过于麻烦，效率不高，因此才产生了简化版的TCP/IP参考模型。

网络通讯要素

IP地址

网络中设备的标识。
不易记忆，可用主机名。
本地回环地址：127.0.0.1 主机名：localhost。
1、查看本机IP地址。
2、IPV4数量已经不够分配，所以产生了IPV6。
3、在没有连接互联网的情况，为了让访问本机方便，所以分配了一个默认的IP地址，也就是本地回环地址。
4、通过ping 127.0.0.1可以测试网络是不是通，如果不通，可能是网卡出问题了。

端口号

用于标识进程（应用程序）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。

1、当一台计算机A向另一台计算机B发送QQ信息时，首先路由器通过数据包中的IP地址定位该信息发送到哪一台机器。然后计算机B接收到数据包后，通过此数据包中的端口号定位到发送给本机的QQ应用程序。 2、所谓防火墙，其功能就是将发送到某程序端口的数据屏蔽掉以及将从该程序端口发出的数据也屏蔽掉。

传输协议

通讯的规则。
常见协议：UDP、TCP。

UDP将数据及源和目的封装成数据包中，不需要建立连接。每个数据报的大小在限制在64k内。因无连接，是不可靠协议。不需要建立连接，速度快。应用案例：QQ、FeiQ聊天、在线视频用的都是UDP传输协议。TCP建立连接，形成传输数据的通道。在连接中进行大数据量传输。通过三次握手完成连接，是可靠协议。必须建立连接，效率会稍低。

UDP协议练习

Socket

Socket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。UDP传输DatagramSocket（用来发送和接收数据报包的套接字）与DatagramPacket（数据报包）。建立发送端，接收端。建立数据包。调用Socket的发送接收方法。关闭Socket。发送端与接收端是两个独立的运行程序。

示例
UDP发送端

import java.net.DatagramSocket;import java.net.DatagramPacket;import java.net.InetAddress;public class UDPSendDemo{        public static void main(String[] args) throws Exception {                System.out.println("发送端启动......");                /*                * 创建UDP传输的发送端。                * 思路：                * 1. 建立udp的socket服务。                * 2. 将要发送的数据封装到数据包中。                * 3. 通过udp的socket服务将数据包发送出去。                * 4. 关闭socket服务。                */                //1. udpsocket服务。使用DatagramSocket对象。                //如果发送端端口未指定，就会随机分配未被使用的端口。                DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);                //2. 将要发送的数据封装到数据包中。                String str = "udp传输演示，哥们来了！";                //使用DatagramPacket将数据封装到该对象包中。                byte[] buf = str.getBytes();                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("192.168.1.100"),10000);                //3. 通过udp的socket服务将数据包发送出去，使用send方法。                ds.send(dp);                //4. 关闭资源                ds.close();        }}

UDP接收端

import java.net.DatagramSocket;import java.net.DatagramPacket;import java.net.InetAddress;public class UDPReceDemo{        public static void main(String[] args) throws Exception {                System.out.println("接收端启动......");                /*                * 建立UDP接收端的思路。                * 思路：                * 1. 建立udp的socket服务，因为是要接收数据，必须要明确一个端口号。                * 2. 创建数据包，用于存储接收到的数据，方便用数据包对象的方法解析这些数据。                * 3. 使用socket服务的receive方法将接收的数据存储到数据包中。                * 4. 通过数据包的方法解析数据包中的数据。                * 5. 关闭资源。                */                //1. 建立udpsocket服务。                DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);                //2. 创建数据包。                byte[] buf = new byte[1024];                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);                //3. 使用接收方法将数据存储到数据包中。                ds.receive(dp);//阻塞式的。                //4. 通过数据包对象的方法，解析其中的数据，比如：地址，端口，数据内容。                String ip = dp.getAddress().getHostAddress();                //获取的端口号是发送端的端口号。                int port = dp.getPort();                String text = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());                System.out.println(ip + ":" + port + ":" + text);                //5. 关闭资源                ds.close();        }}

运行结果图

由于UDP协议传输数据，只管发送数据，而不管接收端是否能够接收到数据。因此，应该首先启动接收端程序，再启动发送端程序。

TCP协议练习

TCP客户端和服务端的关系图

客户端（Client）首先与服务端（Server）建立连接，形成通道（其实就是IO流），然后，数据就可以在通道之间进行传输，并且单个Server端可以同时与多个Client端建立连接。

Socket和ServerSocket，建立客户端和服务器端.建立连接后，通过Socket中的IO流进行数据的传输。关闭socket。同样，客户端与服务器端是两个独立的应用程序。

TCP客户端

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。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。与服务端通讯结束后，关闭Socket。TCP服务端服务端需要明确它要处理的数据是从哪个端口进入的。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。当该客户端访问结束，关闭该客户端。

示例
TCP客户端

import java.net.Socket;import java.io.OutputStream;import java.io.IOException;import java.net.UnknownHostException;public class ClientDemo{        public static void main(String[] args) throws UnknownHostException,IOException {                //客户端发数据到服务端                /*                * TCP传输，客户端建立的过程。                * 1. 创建TCP客户端Socket服务，使用的是Socket对象。                *     建议该对象一创建就明确目的地，要连接的主机。                * 2. 如果连接建立成功，说明数据传输通道已建立。                *     该通道就是socket流，是底层建立好的。既然是流，说明这里既有输入，又有输出。                *     想要输入或者输出流对象，可以找Socket来获取。                *     可以通过getOutputStream()，和getInputStream()来获取两个字节流。                * 3. 使用输出流，将数据写出。                * 4. 关闭资源。                */                //创建客户端socket服务。                Socket socket = new Socket("192.168.1.100",10002);                //获取socket流中的输出流                OutputStream out = socket.getOutputStream();                //使用输出流将指定的数据写出去。                out.write("tcp演示：哥们又来了！".getBytes());                //断开链接，关闭资源，socket获取的输出流也被关闭，没有必要再写代码关闭。                socket.close();        }}

TCP服务端

import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import java.io.InputStream;import java.io.IOException;public class ServerDemo{        public static void main(String[] args) throws IOException {                //服务端接收客户端发送过来的数据，并打印到控制台上。               /*                * 建立tcp服务端的思路：                * 1. 创建服务端socket服务，通过ServerSocket对象。                * 2. 服务端必须对外提供一个端口，否则客户端无法连接。                * 3. 获取连接过来的客户端对象。                * 4. 通过客户端对象获取socket流读取客户端发来的数据，                *     并打印在控制台上。                * 5. 关闭资源，关客户端，关服务端。                */                //1. 创建服务端对象                ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);                //2. 获取连接过来的客户端对象。                Socket s = ss.accept();//阻塞式                String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();                //3. 通过socket对象获取输入流，要读取客户端发来的数据。                InputStream in = s.getInputStream();                byte[] buf = new byte[1024];                int len = in.read(buf);                String text = new String(buf,0,len);                System.out.println(ip + ":" + text);                s.close();                ss.close();        }}

运行结果


TCP协议传输数据必须先开服务端，再开客户端。否则，客户端根本连接不上服务端。

常见问题

1、上面练习中之所以客户端结束后，服务端也随之结束的原因在于：客户端的socket关闭后，服务端获取的客户端socket读取流也关闭了，因此读取不到数据，line = bufIn.readLine()为null，循环结束，ServerSocket的close方法也就执行关闭了。
2、上面练习中的客户端和服务端的PrintWriter对象out获取到数据后，一定要刷新，否则对方（服务端或客户端）就获取不到数据，程序便无法正常执行。刷新操作可以通过PrintWriter类的println()方法实现，也可以通过PrintWriter类的flush()方法实现。但是，由于获取数据的方法是BufferedReader对象bufIn的readLine()方法（阻塞式方法），此方法只有遇到“\r\n”标记时，才认为数据读取完毕，赋值给String对象line。所以，使用PrintWriter类的flush()方法刷新数据时一定要记得追加“\r\n”！

客户端服务端原理

最常见的客户端：浏览器，IE/chrome。
最常见的服务端：服务器，Tomcat。

自定义服务端

使用已有的客户端IE，了解一下客户端向服务端发了什么请求。
示例

import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import java.io.InputStream;import java.io.PrintWriter;import java.io.IOException;public class MyTomcat{        public static void main(String[] args) throws IOException {                ServerSocket ss = new ServerSocket(9090);                Socket s = ss.accept();                System.out.println(s.getInetAddress().getHostAddress() + "......connected");                InputStream in = s.getInputStream();                byte[] buf = new byte[1024];                int len = in.read(buf);                String text = new String(buf,0,len);                System.out.println(text);                //给客户端一个反馈信息。                PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);                out.println("<font color='red' size='7'>欢迎光临</font>");                s.close();                ss.close();        }}

运行结果图


发送的请求是：

    （请求行，请求方式：GET；请求的资源路径：/；HTTP协议版本：1.1。）     GET / HTTP/1.1               （请求消息头，属性名：属性值。）    Host: localhost:9090    Connection: keep-alive    Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8    User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/43.0.2357.81 Safari/537.36    Accept-Encoding: gzip, deflate, sdch    Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8

注意
1、消息头中属性名及属性值的具体含义，初学者不用追究，在JavaWeb课程中将会深入讲解。
2、HTTP是一个客户端和服务端请求和应答的标准，客户端按照HTTP的标准发送数据到服务端，服务端按照HTTP的标准解析收到的数据。很多软件都内置了此标准。

自定义DOS版浏览器

示例

import java.net.Socket;import java.io.PrintWriter;import java.io.InputStream;import java.io.IOException;public class MyBrowser{        public static void main(String[] args) throws IOException {                Socket s = new Socket("192.168.1.100",8080);                //模拟浏览器，向tomcat服务端发送符合http协议的请求消息。                PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);                out.println("GET /myweb/1.html HTTP/1.1");                out.println("Accept: */*");                out.println("Host: 192.168.1.100:8080");                out.println("Connection: close");                out.println();                out.println();                InputStream in = s.getInputStream();                byte[] buf = new byte[1024];                int len = in.read(buf);                String str = new String(buf,0,len);                System.out.println(str);                s.close();        }}

运行结果图

HTTP服务端发回的应答消息：

    （应答行，HTTP的协议版本：1.1；应答状态码：200；应答状态描述信息：OK。）    HTTP/1.1 200 OK    （应答消息属性信息，属性名：属性值。）    Server: Apache-Coyote/1.1    Accept-Ranges: bytes    ETag: W/"211-1433908112666"    Last-Modified: Wed, 10 Jun 2015 03:48:32 GMT    Content-Type: text/html    Content-Length: 211    Date: Wed, 10 Jun 2015 03:52:16 GMT    Connection: close

URL和URLConnection类

URI：统一资源标示符。
URL：统一资源定位符，也就是说根据URL能够定位到网络上的某个资源，它是指向互联网“资源”的指针。
每个URL都是URI，但不一定每个URI都是URL。这是因为URI还包括一个子类，即统一资源名称（URN），它命名资源但不指定如何定位资源。
示例

import java.net.URL;import java.net.MalformedURLException;import java.io.InputStream;import java.net.URLConnection;import java.io.IOException;public class URLDemo{        public static void main(String[] args) throws MalformedURLException,IOException {                String str_url = "http://192.168.1.100:8080/myweb/1.html?name=lisi";                URL url = new URL(str_url);                System.out.println("getProtocol：" + url.getProtocol());                System.out.println("getHost：" + url.getHost());                System.out.println("getPort：" + url.getPort());                System.out.println("getFile：" + url.getFile());                System.out.println("getPath：" + url.getPath());                System.out.println("getQuery：" + url.getQuery());                InputStream in = url.openStream();//相当于url.openConnection().getInputStream();                byte[] buf = new byte[1024];                int len = in.read(buf);                String text = new String(buf,0,len);                System.out.println(text);                in.close();        }}

运行结果图

之所以运行结果中响应头不见了，只能看到主体数据的原因在于：URLConnection对象已经把响应头给解析了。

练习

需求:TCP协议上传图片客户端和服务端
示例
TCP服务端

import java.io.IOException;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import java.io.InputStream;import java.io.File;import java.io.FileOutputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.IOException;public class UploadPicServer{        public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException,IOException {                //创建tcp的socket服务端。                ServerSocket ss = new ServerSocket(10006);                //获取客户端。                Socket s = ss.accept();                String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();                System.out.println(ip + "......connected");                //读取客户端发来的数据。                InputStream in = s.getInputStream();                //将读取到的数据存储到一个文件中。                File dir = new File("c:\\pic");                if(!dir.exists()){                        dir.mkdirs();                }                File file = new File(dir,ip + ".bmp");                FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);                byte[] buf = new byte[1024];                int len = 0;                while((len = in.read(buf)) != -1){                        fos.write(buf,0,len);                }                //获取socket输出流，将上传成功字样发给客户端。                OutputStream out = s.getOutputStream();                out.write("上传成功".getBytes());                fos.close();                s.close();                ss.close();        }}

TCP客户端

import java.net.Socket;import java.io.FileInputStream;import java.io.OutputStream;import java.io.InputStream;import java.net.UnknownHostException;import java.io.IOException;import java.io.FileNotFoundException;public class UploadPicClient{        public static void main(String[] args) throws UnknownHostException,IOException,FileNotFoundException{                //1. 创建客户端socket。                Socket s = new Socket("192.168.1.100",10006);                //2. 读取客户端要上传的图片文件。                FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\0.bmp");                //3. 获取socket输出流，将读到图片数据发送给服务端。                OutputStream out = s.getOutputStream();                byte[] buf = new byte[1024];                int len = 0;                while((len = fis.read(buf)) != -1){                        out.write(buf,0,len);                }                //告诉服务端说：这边的数据发送完毕。让服务端停止读取。                s.shutdownOutput();                //读取服务端发回的内容。                InputStream in = s.getInputStream();                byte[] bufIn = new byte[1024];                int lenIn = in.read(buf);                String text = new String(buf,0,lenIn);                System.out.println(text);                fis.close();                s.close();        }}

运行结果图