java 建立网络通讯网络通信java

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mob6454cc6faf88 2023-07-21 21:27:18

文章标签 java 建立网络通讯 java socket 网络编程套接字 文章分类 Java 后端开发

文章目录

一、基本概念

1. 什么是网络通信
2. 网络通信的两大要素

1). IP和端口号
2). 网络通信协议

a.TCP/UDP
b.Socket

二、InetAddress类的使用

1.实例化
2. 常用方法

三、TCP网络通信

1.客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤
2. 服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤
3 .代码示例

四、UDP网络通信

1.DatagramSocket 类的常用方法
2.DatagramPacket类的常用方法
3. 发送/接收数据步骤
4. 示例

五、URL编程

1. URL类
2. URLConnection类
3. URI、URL和URN的区别

一、基本概念

网络编程实质就是计算机之间的数据进行交换，即网络通信。

1. 什么是网络通信

网络是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递。网络通信是通过网络将各个孤立的设备进行连接，通过信息交换实现人与人，人与计算机，计算机与计算机之间的通信。

简而言之，让计算机之间可以传输数据。

2. 网络通信的两大要素

IP和端口号。
提供网络通信协议：TCP/IP参考模型（应用层、传输层、网络层、物理+数据链路层）。

1). IP和端口号

IP地址:唯一的标识 Internet 上的计算机（通信实体）,Java中用InetAddress类代表IP。
端口号：在计算机上运行的进程，不同的进程使用不同的端口号，范围：0-65535
IP地址和端口号组合起来叫做Socket

2). 网络通信协议

a.TCP/UDP

java 建立网络通讯网络通信java_java 建立网络通讯

TCP和UDP的区别

TCP协议：
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，点对点通信，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
UDP协议:
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
发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
可以广播发送
发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

java 建立网络通讯网络通信java_网络编程_02

java 建立网络通讯网络通信java_socket_03

b.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。
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
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。
Socket分类：
流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务
Socket类的常用构造器：
public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号。
public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
Socket类的常用方法：
public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程IP地址；如果套接字是未连接的，则返回null。
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。即本端的IP地址
public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回0。
public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。如果尚未绑定套接字，则返回-1。即本端的端口号。
public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。关闭此套接字也将会关闭该套接字的InputStream和OutputStream。
public void shutdownInput()如果在套接字上调用shutdownInput()后从套接字输入流读取内容，则流将返回EOF（文件结束符）。即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于TCP套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟TCP的正常连接终止序列。如果在套接字上调用shutdownOutput()后写入套接字输出流，则该流将抛出IOException。即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

二、InetAddress类的使用

1.实例化

InetAddress.getByName(ip地址/域名/主机);

2. 常用方法

getHostName(); 获取此IP地址的主机名
getHostAddress(); 以文本形式返回IP地址字符串:原始IP地址以字符串格式返回

例

public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {

        // 实例化  InetAddress.getByName(); 给定主机名，确定主机的IP地址。
        InetAddress name = InetAddress.getByName("192.168.0.1");
        System.out.println(name);

        InetAddress name1 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(name1);

        InetAddress name2 = InetAddress.getByName("localhost");
        System.out.println(name2);

        // 实例化  InetAddress.getLocalHost();  获取本地IP
        InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("获取本地IP:" + ip);

        //常用方法

        //getHostName();  获取此IP地址的主机名
        System.out.println("获取此IP地址的主机名:" + name2.getHostName());

        //getHostAddress(); 以文本形式返回IP地址字符串:原始IP地址以字符串格式返回
        System.out.println("以文本形式返回IP地址字符串:" + name2.getHostAddress());
    }

三、TCP网络通信

基于TCP的Socket通信

java 建立网络通讯网络通信java_socket_04

1.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。

2. 服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤

调用ServerSocket(intport) ：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。

3 .代码示例

要求：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“图片接收成功！”给客户端。

先启动服务端，后启动客户端

import org.junit.Test;
import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPTest {
    //客户端
    @Test
    public void client() throws IOException {
        //1. 创建Socket对象,指定服务器的ip地址和端口号
        InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        Socket socket = new Socket(inet,4321);
        //2. 获取一个输出流,用于传输数据
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3. 获取文件输入流
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File("img1.jpg"));
        //4. 写出数据操作
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = fileInputStream.read(buffer)) != -1){
            os.write(buffer,0,len);
        }
        //5.关闭输出数据流
        socket.shutdownOutput();

        //6. 接收来自于服务器端的数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buffer1 = new byte[5];
        int len1;
        while ((len1 = inputStream.read(buffer1)) != -1){
            byteStream.write(buffer1,0,len1);
        }
        //7. 输出数据
        System.out.println(byteStream);
        //8. 资源关闭
        byteStream.close();
        inputStream.close();
        os.close();
        socket.close();
    }

    //服务端
    @Test
    public void server() throws IOException {
        // 1. 创建服务端的ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(4321);
        //2. 调用accept()表示接收客户端的socket
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3. 获取输入流
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //4. 获取一个文件输出流
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("tcpimg.jpg"));
        //5. 读取输入流中的数据

        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = inputStream.read(buffer)) != -1){
            fileOutputStream.write(buffer,0,len);
        }
        // 服务端提示
        System.out.println("图片传送成功");
        //6.向 客户端发送 消息
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("图片接收成功！".getBytes());

        // 6. 关闭资源
        outputStream.close();
        fileOutputStream.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

四、UDP网络通信

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。如同发快递包裹一样。

1.DatagramSocket 类的常用方法

public DatagramSocket(int port)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被绑定到通配符地址，IP地址由内核来选择
public DatagramSocket(int port,InetAddress laddr)创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。本地端口必须在0到65535之间（包括两者）。如果IP地址为0.0.0.0，套接字将被绑定到通配符地址，IP地址由内核选择。
public void close()关闭此数据报套接字。
public void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据报包。DatagramPacket包含的信息指示：将要发送的数据、其长度、远程主机的IP地址和远程主机的端口号。
public void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的IP地址和发送方机器上的端口号。此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的length字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长，该信息将被截短。
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。
public int getLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
public lnetAddress getInetAddress()返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接，则返回null。
public int getPort()返回此套接字的端口。如果套接字未连接，则返回-1。

2.DatagramPacket类的常用方法

public DatagramPacket(byte[] buf,int length)构造DatagramPacket，用来接收长度为length的数据包。length参数必须小于等于buf.length。
public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)构造数据报包，用来将长度为length的包发送到指定主机上的指定端口号。length参数必须小于等于buf.length。
public InetAddress getAddress()返回某台机器的IP地址，此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
public int getPort()返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的。
public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量offset处开始，持续length长度。
public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。

3. 发送/接收数据步骤

创建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

4. 示例

先运行接收端，后运行发送端。

public class UDPTest {
    //发送端
    @Test
    public void sender() throws IOException {
        //1. 创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        String str = "Hello,UDP!";
        byte[] data = str.getBytes();
        //2. 建立客户端
        InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
        //3. 建立数据包
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,0,data.length,inet,9090);
        //4. 调用发送方法
        socket.send(packet);
        //5.关闭socket
        socket.close();

    }
    //接收端
    @Test
    public void receiver() throws IOException {
        //1. 创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);

        //2.接收数据包
        byte[] buffer = new byte[100];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,0,buffer.length);
        //3. 调用接收方法
        socket.receive(packet);

        System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));
        //4. 关闭socket
        socket.close();
    }
}

五、URL编程

1. URL类

URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示Internet 上某一资源的地址。
它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
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>#片段名?参数列表
例:http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp#a?username=shkstart&password=123
#片段名：即锚点，例如看小说，直接定位到章节参数列表格式：参数名=参数值&参数名=参数值…
为了表示URL，java.net 中实现了类URL。我们可以通过下面的构造器来初始化一个URL 对象：

public URL (String spec)：通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。例如：URL url= new URL (“http://www. atguigu.com/”);
public URL(URL context, String spec)：通过基URL 和相对URL 构造一个URL 对象。例如：URL downloadUrl= new URL(url, “download.html")
public URL(String protocol, String host, String file); 例如：new URL(“http”, “www.atguigu.com”, “download. html");
public URL(String protocol, String host, intport, String file); 例如: URL gamelan = new URL(“http”, “www.atguigu.com”, 80, “download.html");

URL类的构造器都声明抛出非运行时异常，必须要对这一异常进行处理，通常是用try-catch 语句进行捕获。
一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但可以通过它给定的方法来获取这些属性：

public String getProtocol() 获取该URL的协议名
public String getHost() 获取该URL的主机名
public String getPort() 获取该URL的端口号
public String getPath() 获取该URL的文件路径
public String getFile() 获取该URL的文件名
public String getQuery() 获取该URL的查询名

例

public static void main(String[] args) throws MalformedURLException {
        URL url = new URL("http://www.join-tsinghua.edu.cn/publish/bzw2019/image/logo.png");
        //getProtocol()     获取该URL的协议名
        System.out.println(url.getProtocol());
        //getHost()获取该URL的主机名
        System.out.println(url.getHost());
        //getPort()获取该URL的端口号
        System.out.println(url.getPort());
        //getPath()获取该URL的文件路径
        System.out.println(url.getPath());
        //getFile()获取该URL的文件名
        System.out.println(url.getFile());
        //public String getQuery() 获取该URL的查询名
        System.out.println(url.getQuery());
    }

2. URLConnection类

URL的方法openStream()：能从网络上读取数据
若希望输出数据，例如向服务器端的CGI （公共网关接口-Common Gateway Interface-的简称，是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口）程序发送一些数据，则必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，此时需要使用URLConnection。
URLConnection：表示到URL所引用的远程对象的连接。当与一个URL建立连接时，首先要在一个URL 对象上通过方法openConnection() 生成对应的URLConnection对象。如果连接过程失败，将产生IOException.

URL netchinaren= new URL (“http://www.baidu.com”);
URLConnectonnu = netchinaren.openConnection( );

通过URLConnection对象获取的输入流和输出流，即可以与现有的CGI程序进行交互。

public Object getContent() throws IOException
public intgetContentLength()
public String getContentType()
public long getDate()
public long getLastModified()
public InputStream getInputStream() throws IOException
public OutputSteram getOutputStream() throws IOException

例：下载一张图片

@Test
    public void testDownload() throws IOException {
        HttpURLConnection urlConnection = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        URL url = new URL("http://www.join-tsinghua.edu.cn/publish/bzw2019/image/logo.png");

        urlConnection = (HttpURLConnection)url.openConnection();

        urlConnection.connect();

        is = urlConnection.getInputStream();
        fos = new FileOutputStream("logo.png");

        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
            fos.write(buffer, 0, len);
        }

        System.out.println("下载完成");
        is.close();
        fos.close();
        urlConnection.disconnect();
    }

3. URI、URL和URN的区别

java 建立网络通讯网络通信java_java 建立网络通讯_05

URI，是uniform resource identifier，统一资源标识符，用来唯一的标识一个资源。而URL是uniform resource locator，统一资源定位符，它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。而URN，uniform resource name，统一资源命名，是通过名字来标识资源，比如mailto:java-net@java.sun.com。也就是说，URI是以一种抽象的，高层次概念定义统一资源标识，而URL和URN则是具体的资源标识的方式。URL和URN都是一种URI。在Java的URI中，一个URI实例可以代表绝对的，也可以是相对的，只要它符合URI的语法规则。而URL类则不仅符合语义，还包含了定位该资源的信息，因此它不能是相对的。

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