java学习之路 之 网络编程

网络编程概述

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。
Java提供的网络类库，可以实现无缝的网络连接，联网的底层细节被隐藏在 Java 的本机安装系统里，由 JVM 进行控制。并且 Java 实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境。
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：
如何准确地定位网络上一台或多台主机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：
通信双方地址 
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。

通讯要素

IP和端口号

IP 地址：InetAddress
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
不易记忆
端口号标识正在计算机上运行的进程（程序）
不同的进程有不同的端口号
被规定为一个 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）。除非我们需要访问这些特定服务，否则，
就应该使用 1024~65535 这些端口中的某一个进行通信，以免发生端口冲突。 
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字。

网络通信协议  

计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。
通信协议分层的思想  
由于结点之间联系很复杂，在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，
而与再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和扩展。
TCP/IP协议簇 
传输层协议中有两个非常重要的协议：
传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
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。
InetAddress类 :
Internet上的主机有两种方式表示地址：
域名(hostName)：www.atguigu.com
IP 地址(hostAddress)：202.108.35.210
InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address。
InetAddress 类对象含有一个 Internet 主机地址的域名和IP地址：www.atguigu.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
InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下两个静态方法来获取InetAddress实例

InetAddress提供了如下几个常用的方法

TCP网络通信

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
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
传输完毕，需释放已建立的连接，效率低
Socket
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
基于Socket的TCP编程
Java语言的基于套接字编程分为服务端编程和客户端编程，其通信模型如图所示：

Socket类的常用方法

基于Socket的TCP编程

客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：
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。
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
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。
关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路 
客户端创建Socket对象
客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连接。Socket的构造方法是：
Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException：向服务器(域名是host。端口号为port)发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
Socket(InetAddress address,int port)throws IOException：根据InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接。
客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求

<span style="white-space:pre"></span>Socket s = new Socket(“192.168.40.165”,9999);OutputStream out = s.getOutputStream();out.write(“hello”.getBytes());s.close();

基于Socket的TCP编程

服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：
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。
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。
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。
关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。
服务器建立 ServerSocket 对象
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。
所谓“接收”客户的套接字请求，就是accept()方法会返回一个 Socket 对象

<span style="white-space:pre"></span>ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);Socket s = ss.accept ();InputStream in = s.getInputStream();byte[] buf = new byte[1024];int num = in.read(buf);String str = new String(buf,0,num);System.out.println(s.getInetAddress().toString()+”:”+str);s.close();ss.close();

UDP网络通信

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

DatagramSocket与DatagramPacket
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
发送端

<span style="white-space:pre"></span>DatagramSocket ds = new DatagramSocket();byte[] by = “hello,atguigu.com”.getBytes();DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,0,by.length,InetAddress.getByName(“127.0.0.1”),10000);ds.send(dp);ds.close();

接收端
在接收端，要指定监听的端口。

<span style="white-space:pre"></span>DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);byte[] by = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length);ds.receive(dp);String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());System.out.println(str+"--"+dp.getAddress());ds.close();<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);"></span>

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

小 结

位于网络中的计算机具有唯一的IP地址，这样不同的主机可以互相区分。
客户端－服务器是一种最常见的网络应用程序模型。服务器是一个为其客户端提供某种特定服务的硬件或软件。客户机是一个用户应用程序，用于访问某台服务器提供的服务。
端口号是对一个服务的访问场所，它用于区分同一物理计算机上的多个服务。套接字用于连接客户端和服务器，客户端和服务器之间的每个通信会话使用一个不同的套接字。TCP协议
用于实现面向连接的会话。
Java 中有关网络方面的功能都定义在 java.net 程序包中。Java 用 InetAddress 对象表示 IP 地址，该对象里有两个字段：主机名(String) 和 IP 地址(int)。
类 Socket 和 ServerSocket 实现了基于TCP协议的客户端－服务器程序。Socket是客户端和服务器之间的一个连接，连接创建的细节被隐藏了。这个连接提供了一个安全的数
据传输通道，这是因为 TCP 协议可以解决数据在传送过程中的丢失、损坏、重复、乱序以及网络拥挤等问题，它保证数据可靠的传送。
类 URL 和 URLConnection 提供了最高级网络应用。URL 的网络资源的位置来同一表示 Internet 上各种网络资源。通过URL对象可以创建当前应用程序和 URL 表示的网络资
源之间的连接，这样当前程序就可以读取网络资源数据，或者把自己的数据传送到网络上去。