Day19-【Java SE进阶】网络编程

一、网络编程

1.概述

• 可以让设备中的程序与网络上其他设备中的程序进行数据交互(实现网络通信的)。
• java.net,*包下提供了网络编程的解决方案!

基本的通信架构
基本的通信架构有2种形式:CS架构(Client客户端/Server服务端)、BS架构(Browser浏览器/Server服务端)。

网络通信的关键三要素

IP地址

• IP(Internet Protocol):全称”互联网协议地址”，是分配给上网设备的唯一标志。
• IP地址有两种形式:IPV4、IPV6

• IPv6:共128位，号称可以为地球每一粒沙子编号。
• IPV6分成8段表示，每段每四位编码成一个十六进制位表示，数之间用冒号(:)分开。

IP域名

• 公网IP:是可以连接互联网的IP地址;内网IP:也叫局域网IP，只能组织机构内部使用。
• 192.168.开头的就是常见的局域网地址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用。
  

特殊IP地址
127.0.0.1、localhost:代表本机IP，只会寻找当前所在的主机。
IP常用命令:
ipconfig:查看本机IP地址。
ping IP地址:检查网络是否连通。

1.1 InetAddress

• 代表IP地址。
  

端口

• 标记正在计算机设备上运行的应用程序的，被规定为一个16 位的二进制，范围是 0~65535

分类

• 周知端口:0~1023，被预先定义的知名应用占用(如:HTTP占用 80，FTP占用21)
• 注册端口:1024~49151，分配给用户进程或某些应用程序。
• 动态端口:49152到65535，之所以称为动态端口，是因为它 一般不固定分配某种进程，而是动态分配。
• 注意:我们自己开发的程序一般选择使用注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错。

通信协议

• 网络上通信的设备，事先规定的连接规则，以及传输数据的规则被称为网络通信协议

开放式网络互联标准:OSI网络参考模型

• OSI网络参考模型:全球网络互联标准。
• TCP/IP网络模型:事实上的国际标准。
  

1.2 重要知识点：传输层的2个通信协议

• UDP(User Datagram Protocol):用户数据报协议;
• TCP(Transmission ControlProtocol):传输控制协议。

UDP协议

• 特点:无连接、不可靠通信。
• 通讯效率高！语音通话 视频直播
• 不事先建立连接，数据按照包发，一包数据包含:自己的IP、程序端口，目的地IP、程序端口和数据(限制在64KB内)等。
• 发送方不管对方是否在线，数据在中间丢失也不管，如果接收方收到数据也不返回确认，故是不可靠的。

TCP协议

• 特点:面向连接、可靠通信。
• 通信效率相对不高 网页 文件下载 支付
• TCP的最终目的:要保证在不可靠的信道上实现可靠的传输。
• TCP主要有三个步骤实现可靠传输:三次握手建立连接，传输数据进行确认，四次挥手断开连接。
• TCP协议:三次握手建立可靠连接
  • 可靠连接:确定通信双方，收发消息都是正常无问题的!(全双工)
  • 传输数据会进行确认，以保证数据传输的可靠性
• TCP协议:四次握手断开连接
  • 目的:确保双方数据的收发都已经完成!

2. UDP通信-快速入门

UDP通信

• 特点:无连接、不可靠通信。
• 不事先建立连接;发送端每次把要发送的数据(限制在64KB内)、接收端IP、等信息封装成一个数据包，发出去就不管了。
• Java提供了一个java.net.DatagramSocket类来实现UDP通信。
  
  
  
  

import java.net.*;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 创建客户端对象（发韭菜出去的人）
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

        //2. 创建数据包对象封装要发出去得数据（创建一个韭菜盒子）
        /* public DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address,int port)
        参数一:封装要发出去的数据。
        参数二:发送出去的数据大小(字节个数）
        参数三：服务端的IP地址（找到服务端主机）
        参数四：服务端程序的端口。
        */
        byte[] bytes = "我是客户端，向您发送数据！".getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,
                InetAddress.getLocalHost(),6666);

        //3. 开始正式发送这个数据包出去了
        socket.send(packet);
        
        System.out.println("客户端数据发送完毕~~~");
        socket.close();//释放资源！
    }
}

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 创建一个服务端对象（创建一个接韭菜的人） 注册端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);

        //2. 创建一个数据包对象，用于接收数据的（创建一个韭菜盒子）
        byte[] buf = new byte[1024 * 64];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

        //3. 开始正式使用数据包来接收客户端发来的数据
        socket.receive(packet);

        //4. 从字节数组中，把接收到的数据直接打印出来
        // 接收多少就倒出多少 获取本次数据包接收了多少数据
        int len = packet.getLength();
        String s = new String(buf, 0, len);
        System.out.println(s);

        String hostAddress = packet.getAddress().getHostAddress();
        int port = packet.getPort();
        System.out.println(hostAddress + ":" + port);

        socket.close();//释放资源
    }
}

UDP通信 多发多收
edit configures->allow 多开 apply即可躲开client程序的

package com.jingwei;

import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 创建客户端对象（发韭菜出去的人）
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();//可以分配端口 或者不填写自动分配

        //2. 创建数据包对象封装要发出去得数据（创建一个韭菜盒子）
        /* public DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address,int port)
        参数一:封装要发出去的数据。
        参数二:发送出去的数据大小(字节个数）
        参数三：服务端的IP地址（找到服务端主机）
        参数四：服务端程序的端口。
        */
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请说");
            String msg = sc.nextLine();

            if("exit".equals(msg)) {
                System.out.println("退出成功！");
                socket.close();
                break;
            }

            byte[] bytes = msg.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,
                    InetAddress.getLocalHost(),6666);

            //3. 开始正式发送这个数据包出去了
            socket.send(packet);
        }
        System.out.println("客户端数据发送完毕~~~");
    }
}

package com.jingwei;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 创建一个服务端对象（创建一个接韭菜的人） 注册端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);

        //2. 创建一个数据包对象，用于接收数据的（创建一个韭菜盒子）
        byte[] buf = new byte[1024 * 64];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

        while (true) {
            //3. 开始正式使用数据包来接收客户端发来的数据
            socket.receive(packet);

            //4. 从字节数组中，把接收到的数据直接打印出来
            // 接收多少就倒出多少 获取本次数据包接收了多少数据
            int len = packet.getLength();
            String s = new String(buf, 0, len);
            System.out.println(s);

            String hostAddress = packet.getAddress().getHostAddress();
            int port = packet.getPort();
            System.out.println(hostAddress + ":" + port);
            System.out.println("-----------------------");
        }
    }
}

3. TCP通信

• 特点:面向连接、可靠通信。
• 通信双方事先会采用“三次握手”方式建立可靠连接，实现端到端的通信;底层能保证数据成功传给服务端。
• Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信。

一发一收

package com.jingwei;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        //1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3. 从socket通信管道中得到一个字节输入流
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4. 把原始的字节输入流包装成数据输入流
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
        //5. 使用数据输入流读取客户端发送过来的消息
        String s = dis.readUTF();
        System.out.println(s);
        //其实我们也可以获取客户端的IP地址
        SocketAddress remoteSocketAddress = socket.getRemoteSocketAddress();
        System.out.println(remoteSocketAddress);

        dis.close();
        socket.close();
    }
}

package com.jingwei;

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建Socket对象，并同时请求与服务器程序的连接。
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        //2. 从Socket通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序
        OutputStream os = socket.getOutputStream();

        //3. 把低级的字节输出流包装成数据输出流
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

        //4. 开始写数据出去了
        dos.writeUTF("在一起好吗？");

        dos.close();

        socket.close();//释放连接资源
    }
}

多发多收

package com.jingwei;

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建Socket对象，并同时请求与服务器程序的连接。
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        //2. 从Socket通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序
        OutputStream os = socket.getOutputStream();

        //3. 把低级的字节输出流包装成数据输出流
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请说：");
            //4. 开始写数据出去了
            String msg = sc.nextLine();
            if("exit".equals(msg)){
                dos.close();
                socket.close();
                break;
            }
            dos.writeUTF(msg);
            dos.flush();
        }

//        dos.close();
//
//        socket.close();//释放连接资源
    }
}

package com.jingwei;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        //1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3. 从socket通信管道中得到一个字节输入流
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4. 把原始的字节输入流包装成数据输入流
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
        while (true) {
            //5. 使用数据输入流读取客户端发送过来的消息
            try {
                String s = dis.readUTF();
                System.out.println(s);
                //其实我们也可以获取客户端的IP地址
                SocketAddress remoteSocketAddress = socket.getRemoteSocketAddress();
                System.out.println(remoteSocketAddress);
            } catch (IOException e) {
                System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+"离线了！");
                dis.close();
                socket.close();
                break;
            }
        }
//        dis.close();
//        socket.close();
    }
}

目前我们开发的服务端程序，是否可以支持与多个客户端同时通信?

• 不可以的。
• 因为服务端现在只有一个主线程，只能处理一个客户端的消息，

package com.jingwei;

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建Socket对象，并同时请求与服务器程序的连接。
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        //2. 从Socket通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序
        OutputStream os = socket.getOutputStream();

        //3. 把低级的字节输出流包装成数据输出流
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请说：");
            //4. 开始写数据出去了
            String msg = sc.nextLine();
            if("exit".equals(msg)){
                dos.close();
                socket.close();
                break;
            }
            dos.writeUTF(msg);
            dos.flush();
        }

//        dos.close();
//
//        socket.close();//释放连接资源
    }
}

package com.jingwei;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        //1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。
        while (true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("有人上线了"+socket.getRemoteSocketAddress());
            new ServerReaderThread(socket).start();
        }
//        dis.close();
//        socket.close();
    }
}

package com.jingwei;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;

public class ServerReaderThread extends Thread{
    private Socket socket;
    public ServerReaderThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
            while (true){
                try {
                    String msg = dataInputStream.readUTF();
                    System.out.println(msg);
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+"下线了");
                    dataInputStream.close();
                    socket.close();
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

TCP通信-综合案例

• 即时通信-群聊
• 实现一个简易版的BS架构

题目：要求从浏览器中访问服务器
并立即让服务器响应一个很简单的网页给浏览器展示
网页内容就是“我666”

注意:服务器必须给浏览器响应HTTP协议规定的数据格式，否则浏览器不识别返回的数据

package com.jingwei;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        //1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。
        while (true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("有人上线了"+socket.getRemoteSocketAddress());
//            new ServerReaderThread(socket).start();
            new ServerWriterThread(socket).start();
        }
//        dis.close();
//        socket.close();
    }
}

package com.jingwei;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;

public class ServerWriterThread extends Thread {
    private Socket socket;

    public ServerWriterThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);
            printStream.println("Http/1.1 200 OK");
            printStream.println("Content-Type: text/html;charset=utf-8");
            printStream.println();
            printStream.println("<!DOCTYPE html>");
            printStream.println("<html>");
            printStream.println("<head>");
            printStream.println("<title>Server Writer</title>");
            printStream.println("</head>");
            printStream.println("<body>");
            printStream.println("<h1>Server Writer</h1>");
            printStream.println("</body>");
            printStream.println("</html>");

            printStream.flush();
            printStream.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

}

拓展知识
每次请求都开一个新线程，到底好不好?
高并发时，容易宕机!
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-850721.html

package com.day19;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.*;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        //1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口。
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        //创建出一个线程池，负责处理通信管道的任务
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(20 * 2, 20 * 2, 0, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(8), Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        //2. 使用ServerSocket对象，调用accept方法，等待客户端的连接请求。
        while (true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("有人上线了"+socket.getRemoteSocketAddress());
//            new ServerReaderThread(socket).start();
            //3、把这个客户端对应的socket通信管道，交给一个独立的线程负责处理。
            threadPoolExecutor.execute(new ServerWriterRunnable(socket));
        }
//        dis.close();
//        socket.close();
    }
}

package com.day19;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;

public class ServerWriterRunnable implements Runnable {
    private Socket socket;

    public ServerWriterRunnable(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            PrintStream printStream = new PrintStream(outputStream);
            printStream.println("Http/1.1 200 OK");
            printStream.println("Content-Type: text/html;charset=utf-8");
            printStream.println();
            printStream.println("<!DOCTYPE html>");
            printStream.println("<html>");
            printStream.println("<head>");
            printStream.println("<title>Server Writer</title>");
            printStream.println("</head>");
            printStream.println("<body>");
            printStream.println("<h1>Server Writer</h1>");
            printStream.println("</body>");
            printStream.println("</html>");

            printStream.flush();
            printStream.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

}

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