Java网络编程的基础知识

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基本概念

通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，且连接的计算机进行通信时必须遵守一定的规则，这类规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、速率、步骤等做了统一规定，这些规定是网络中计算机相互完成数据交换的必要前提。

网络通信协议分类

• UDP：User Datagram Protocol，用户数据报协议；不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务；效率高，但不安全。
  – 1) 包量较少的通信（DNS、SNMP登录）
  – 2) 视频、音频等多媒体通信（即时通信）
  – 3) 限定于LAN等特定网络中的应用通信
  – 4) 广播通信（广播、多播）
• TCP：Transmission Control Protocol，传输控制协议；通过三次握手、四次挥手流程 提供可靠的通信传输；安全但效率没有UDP高
  – 1) 文件上传下载
  – 2) 网页浏览

IP地址

是指互联网协议地址(Internet Protocol Address);用来给一个网络中的计算机设备做唯一的网络编号。

• IPv4：是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成a.b.c.d的形式，其中a.b.c.d都是0-255之间的十进制数，比如192.168.0.1；最多可以表示42亿个地址。
• IPv6：采用128位地址长工，每16个字节一组，分成8组16进制数，比如ABCD：12F0：EC98：1234：67BA：009A：EFEF：ABAB，IPv6的出现，解决了IPv4网络地址资源紧张的问题。
• 特殊的IP地址：127.0.0.1

端口号

在计算机与计算通通信过程中，必须保证数据能准确无误的发送到对方的计算机上，除了计算机自身的IP地址外，还需要引入端口号做为通信的必要标识。例如 192.168.0.1:8080

• 端口号是由两个字节组成的，取值范围在0-65535之间；且0-1024之间的端口号已经被操作系统分配，不能随意使用。
• 常用的端品号
  – 80： http端口
  – 3306：mysql端口
  –8080： tomcat端口

TCP/IP协议

TCP通信程序

握手连接

客户端和服务器端必须经过3次握手，建立逻辑连接，才能通信。

实现方式

客户端向服务器端发送连接请求后，就被动地等待服务器的响应。典型的 TCP 客户端要经过下面三步操作：

• 创建一个 Socket 实例：构造函数向指定的远程主机和端口建立一个 TCP 连接；
• 通过套接字的 I/O 流与服务端通信；
• 使用 Socket 类的 close 方法关闭连接。

服务端的工作是建立一个通信终端，并被动地等待客户端的连接。典型的 TCP 服务端执行如下两步操作：

• 创建一个 ServerSocket 实例并指定本地端口，用来监听客户端在该端口发送的 TCP 连接请求；
• 重复执行：
  – 调用 ServerSocket 的 accept()方法以获取客户端连接，并通过其返回值创建一个 Socket 实例；
  – 为返回的 Socket 实例开启新的线程，并使用返回的 Socket 实例的 I/O 流与客户端通信； 通信完成后，使用 Socket 类的 close（）方法关闭该客户端的套接字连接。

客户端的实现代码

• 使用java.net.Socket类创建一个客户端对象,构造方法中指定服务器的IP地址和端口号；
• 使用Socket对象的方法getOutputStream()获取网络字节输出流;
• 使用网络字节输出流的方法write,向服务器端发送数据；
• 使用Socket对象的方法getInputStrem()获取网络字节输入流；
• 使用网络字节输入流的方法read，读取服务器传回的数据；
• 释放资源

/**
 * TCP通信程序--客户端代码
 *
 * @author zhuhuix
 * @date 2020-06-27
 */
public class TCPClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8088);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("TCP通信程序客户端发送:Hello".getBytes());
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len;
        len = inputStream.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes, 0, len));

        socket.close();

    }
}

服务端的实现代码

• 使用java.net.ServerSocket类创建一个服务端对象,构造方法中指定端口号；
• 使用ServerSocket对象的方法accept(),获取到请求的客户端的Socket对象；
• 开启新的线程处理客户端Socket对象
  – 使用Socket对象的方法getInputStrem()获取网络字节输入流；
  – 使用网络字节输入流的方法read，读取客户端发送的数据；
  – 使用Socket对象的方法getOutputStream()获取网络字节输出流;
  – 使用网络字节输出流的方法write,向客户端回写数据；
• 释放资源

/**
 * TCP通信程序--服务端代码
 *
 * @author zhuhuix
 * @date 2020-06-27
 */
public class TCPServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
        boolean finished = false;
        Socket socket;
        while (!finished) {
            socket= serverSocket.accept();
            new Thread(new ServerThread(socket)).start();
        }
        serverSocket.close();

    }

}

// 多线程处理客户端请求
class ServerThread implements Runnable {
    private Socket client;

    ServerThread(Socket client) {
        this.client = client;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream inputStream = client.getInputStream();
            byte[] bytes= new byte[1024];
            int len;
            len = inputStream.read(bytes);
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
            OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
            outputStream.write("TCP通信程序服务端发送:World".getBytes());
            client.close();
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}