黑马程序员——Java之网络通信

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一、网络协议

       网络协议规定了计算机之间连接的物理、机械（网线与网卡的链接规定）、电气（有效的电平范围）等特征以及计算机之间的相互寻址规则、数据发送冲突的解决、长的数据如何分段传送与接收等。而常用的网络协议有：TCP/IP协议、TCP与UDP协议。

（1）IP协议

         IP是Internet Protocol的简称，由此知道它是一种“网络协议”。Internet网络采用的协议是TCP/IP协议。在Internet网上存在数以亿计的主机，每一台主机在网络上通过为其分配的Internet地址表示自己，这个地址就是IP地址。到目前为止IP地址用4个字节，也就是32位的二进制数来表示，称为IPv4。为了便于使用，通常取用每个字节的十进制数，并且每个字节之间用圆点隔开来表示IP地址，如192.168.1.1。

        TCP/IP模式是一种层次结构，共分4层，分别为应用层、传输层、互联网层和主机到网络层。各层实现特定的功能，提供特定的服务和访问接口，并具有相对的独立性。

（2）TCP与UDP协议

       在TCP/IP协议栈中，有两个高级协议是网络应用程序是我们应该知道的，即“传输控制协议”（TCP）与“用户数据报协议”（UDP）。

       TCP协议是一种以固接连线为基础的协议，它提供两台计算机剑可靠的数据传送。TCP可以保证数据从一端送至连接的另一端时能够确实送达，而抵达的数据的排列顺序和送出时的顺序相同，因此TCP协议适合可靠性要求比较高的场合。如HTTP、FTP、Telnet等应用层协议都建立在TCP基础上。

       UDP是无连接通信协议，不保证可靠数据的传输，但能够向若干个目标发送数据，接收发自若干个源的数据。UDP是以独立发送数据包的方式进行。UDP协议适合于一些对数据准确性要求不高的场合，如网络聊天室、在线影片等。

      TCP协议与UDP协议缺点：

      TCP协议在认证上存在额外耗费，有可能使传输速度减慢；

      UDP协议可能会更适合这些对传输速度和时效要求非常高的网站，即使有一小部分数据包的遗失或传送顺序有所不同，并不会严重危害该项通信。

 

二、端口与套接字

（1）端口

       一般而言，一台计算机只有单一的连到网络的“物理连接”，所有的数据都通过此连接对内、对外送达特定的计算机，这就是端口。端口被规定为一个在0~65535之间的整数。如HTTP服务一般使用80端口，FTP服务使用21端口。假设一台计算机提供了HTTP、FTP等多种服务，那么客户机通过不同端口来确定连接到服务器的哪项服务上，如图：

（2）套接字

        网络程序中套接字（Socket）用于将应用程序与端口连接起来。Jvav将套接字抽象化为类，程序设定只需要创建Socket类对象，即可使用套接字。套接字是一个假想的连接装置，就是像插头的设备“插座”，用于连接电气与电线，如下图：

 

三、TCP程序设计

       TCP网络程序设计是指利用Scoket类编写通信程序。利用TCP协议进行通信的两个应用程序是有主次之分的，一个称为服务器程序，另一个称为客户机程序。两者的功能和编写方法不大一样。

       服务器端与客户端的交互过程：

       ①服务器程序创建一个ServerSocket（服务器端套接字），调用accept（）方法等待客户机来连接；

       ②客户端程序创建一个Socket，请求与服务器建立连接；

       ③服务器接收客户机的连接请求，同时创建一个新的Socket与客户建立连接。服务器继续等待新的请求。

（1）InetAddress类

       java.net包中的InetAddress类是与IP地址相关的类，利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。

      InetAddress类的常用方法如下：

      ①getByName(String host )：获取与host相对应的InetAddress对象；

      ②getHostAddress()：获取InterAddress对象所含的IP地址；

      ③getHostName()：获取此IP地址的主机名；

      ④getLocalHost();返回本地主机的InetAddress对象。

示例：使用InetAddress类的getHostName()和getHostAddress()方法获得本地主机名、本机IP地址。

import java.net.InetAddress;import java.net.UnknownHostException;public class MyAddress {public static void main(String[] args) {try {//实例化InetAddress对象InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();//获取本地主机名String localname = ip.getHostName();//获取本地主机的IP地址String localip = ip.getHostAddress();//输出本地主机名System.out.println("本地主机名："+localname);//输出本地主机的IP地址System.out.println("本地IP地址："+localip);} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();}}}

运行结果：

本地主机名：WIN~~~~
本地IP地址：192.168.~~

 

（2）ServerSocket类

        java.net包中的ServerSocket类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的”请求“，它可以通过指定的端口来等待连接套接字。服务器套接字一次可以与一个套接字连接。如果多台客户机同时提出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入队列中，然后从中取出一个套接字，与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接数大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。队列的默认大小为50.

       ServerSocket类的构造方法如下：

      ①ServerSocket()：创建非绑定服务器套接字；

      ②ServerSocket(int port)：创建绑定到特定端口的服务器套接字；

      ③ ServerSocket(int port , int backlog):利用指定的backlog创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。

      ④ServerSocket(int port ,int backlog,InetAddress bindAddress):使用指定的端口、侦听backlog和要绑定到的本地IP地址创建服务器。

     ServerSocket类的常用方法：

     ①accept():等待客户机的连接。若连接，则创建一套接字

     ②isBound():判断ServerSocket的绑定状态

     ③getInetAddress(): 返回此服务器套接字的本地地址

     ④isClosed():返回服务器套接字的关闭状态

     ⑤clos():关闭服务器套接字

     ⑥bind(SocketAddress endpoint):将ServerSocket绑定到特定地址（IP地址和端口号）

示例：

import java.io.*;import java.net.*;public class Address { // 创建类MyTcpprivate BufferedReader reader; // 创建BufferedReader对象private ServerSocket server; // 创建ServerSocket对象private Socket socket; // 创建Socket对象socketvoid getserver() {try {server = new ServerSocket(8998); // 实例化Socket对象System.out.println("服务器套接字已经创建成功"); // 输出信息while (true) { // 如果套接字是连接状态System.out.println("等待客户机的连接"); // 输出信息socket = server.accept(); // 实例化Socket对象reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); // 实例化BufferedReader对象getClientMessage(); // 调用getClientMessage()方法}} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}}private void getClientMessage() {try {while (true) { // 如果套接字是连接状态if (reader.ready()) {// 获得客户端信息System.out.println("客户机:" + reader.readLine());}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}try {if (reader != null) {reader.close(); // 关闭流}if (socket != null) {socket.close(); // 关闭套接字}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) { // 主方法Address tcp = new Address(); // 创建本类对象tcp.getserver(); // 调用方法}}

运行结果：

 

四、UDP程序设计

       用户数据包协议（UDP）是网络信息传输的另一种形式。基于UDP的通信和基于TCP的通信不同，基于UDP的信息传递更快，但不提供可靠的保证。使用UDP传递数据时，用户无法知道数据能否正确地到达主机，也不能确定到达目的地的顺序是否和发送的顺序相同。

       基于UDP通信的基本模式如下:

       ①将数据打包（称为数据包），然后将数据包发往目的地；

       ②接收别人发来的数据包，然后查看数据包

       发送数据包：

       ①DatagramSocket()方法：创建一个数据包套接字

       ② DatagramPacket(byte[] buf ,int offset , int length , InetAddress sddress ,int port )方法：创建要发送的数据包

       ③DatagramSocket类的send()方法发送数据包

       接收数据包：

       ①DatagramSocket(int port )方法：创建数据包套接字，绑定到指定的端口；

       ②DatagramPacket(byte[]buf , int length)方法：创建字节数组来接收数据包；

       ③DatagramPacket类的receive()方法接收UDP包。

示例：广播主机程序不断地向外发出广播。

import java.net.*;public class Weather extends Thread { // 创建类。该类为多线程执行程序String weather = "节目预报：八点有大型晚会，请收听";int port = 9898; // 定义端口InetAddress iaddress = null; // 创建InetAddress对象MulticastSocket socket = null; // 声明多点广播套接字Weather() { // 构造方法try {// 实例化InetAddress，指定地址iaddress = InetAddress.getByName("224.255.10.0");socket = new MulticastSocket(port); // 实例化多点广播套接字socket.setTimeToLive(1); // 指定发送范围是本地网络socket.joinGroup(iaddress); // 加入广播组} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}}public void run() { // run()方法while (true) {DatagramPacket packet = null; // 声明DatagramPacket对象byte data[] = weather.getBytes(); // 声明字节数组// 将数据打包packet = new DatagramPacket(data, data.length, iaddress, port);System.out.println(new String(data)); // 将广播信息输出try {socket.send(packet); // 发送数据sleep(3000); // 线程休眠} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}}}public static void main(String[] args) { // 主方法Weather w = new Weather(); // 创建本类对象w.start(); // 启动线程}}<span style="font-size:18px;">       </span>

 运行结果：

节目预报：八点有大型晚会，请收听节目预报：八点有大型晚会，请收听节目预报：八点有大型晚会，请收听....

 

示例：接收广播程序。当单击“开始接收”按钮时，开始接收主机播出的信息；单击“停止接收”按钮时，系统会停止接收广播主机播出的信息。

import java.awt.*;import java.awt.event.*;import java.net.*;import javax.swing.*;public class Receive extends JFrame implements Runnable, ActionListener {int port; // 定义int型变量InetAddress group = null; // 声明InetAddress对象MulticastSocket socket = null; // 创建多点广播套接字对象JButton ince = new JButton("开始接收"); // 创建按钮对象JButton stop = new JButton("停止接收");JTextArea inceAr = new JTextArea(10, 10); // 显示接收广播的文本域JTextArea inced = new JTextArea(10, 10);Thread thread; // 创建Thread对象boolean b = false; // 创建boolean型变量public Receive() { // 构造方法super("广播数据报"); // 调用父类方法setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);thread = new Thread(this);ince.addActionListener(this); // 绑定按钮ince的单击事件stop.addActionListener(this); // 绑定按钮stop的单击事件inceAr.setForeground(Color.blue); // 指定文本域中文字颜色JPanel north = new JPanel(); // 创建Jpane对象north.add(ince); // 将按钮添加到面板north上north.add(stop);add(north, BorderLayout.NORTH); // 将north放置在窗体的上部JPanel center = new JPanel(); // 创建面板对象centercenter.setLayout(new GridLayout(1, 2)); // 设置面板布局center.add(inceAr); // 将文本域添加到面板上final JScrollPane scrollPane = new JScrollPane();center.add(scrollPane);scrollPane.setViewportView(inced);add(center, BorderLayout.CENTER); // 设置面板布局validate(); // 刷新port = 9898; // 设置端口号try {group = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 指定接收地址socket = new MulticastSocket(port); // 绑定多点广播套接字socket.joinGroup(group); // 加入广播组} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}setBounds(100, 50, 360, 380); // 设置布局setVisible(true); // 将窗体设置为显示状态}public void run() { // run()方法while (true) {byte data[] = new byte[1024]; // 创建byte数组DatagramPacket packet = null; // 创建DatagramPacket对象// 待接收的数据包packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port);try {socket.receive(packet); // 接收数据包String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()); // 获取数据包中内容// 将接收内容显示在文本域中inceAr.setText("正在接收的内容：\n" + message);inced.append(message + "\n"); // 每条信息为一行} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}if (b == true) { // 当变量等于true时，退出循环break;}}}public void actionPerformed(ActionEvent e) { // 单击事件if (e.getSource() == ince) { // 单击按钮ince触发的事件ince.setBackground(Color.red); // 设置按钮颜色stop.setBackground(Color.yellow);if (!(thread.isAlive())) { // 如线程不处于“新建状态”thread = new Thread(this); // 实例化Thread对象}thread.start(); // 启动线程b = false; // 设置变量值}if (e.getSource() == stop) { // 单击按钮stop触发的事件ince.setBackground(Color.yellow); // 设置按钮颜色stop.setBackground(Color.red);b = true; // 设置变量值s}}public static void main(String[] args) { // 主方法Receive rec = new Receive(); // 创建本类对象rec.setSize(460, 200); // 设置窗体大小}}

运行结果：