网络编程---网络编程入门、UDP通信程序、TCP通信程序

1.网络编程入门

1.网络编程概述

网络编程：

在网络通信协议下，实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据传输

计算机网络：

是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统

2. 网络编程三要素

IP地址：设备在网络中的地址，是唯一标识

端口：设备上应用程序的唯一标识

协议：数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议

3.IP

IP：全程"互联网协议地址"，也称IP地址。是分配给上网设备的数字标签。常见的IP分为：ipv4和ipv6

ipv4：

ipv6：

由于互联网的蓬勃发展, IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。为了扩大地址空间，通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节-组，分成8组十六进制数，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题

特殊情况：如果计算出的16进制表示形式中间有多个连续的0

常用命令：

ipconfig: 查看本机P地址

ping IP地址:检查网络是否连通

特殊IP地址127.0.0.1：是回送地址,可以代表本机地址，一般用来测试使用

4.InetAddress的使用

为了方便我们对IP地址的获取和操作, Java提供了一个类InetAddress供我们使用

InetAddress：此类表示Internet协议(IP) 地址

方法名	说明
static InetAddress getByName(String host)	确定主机名称的IP地址。 主机名称可以是机器名称，也可以是IP地址
String getHostName()	获取此IP地址的主机名
String getHostAddress()	返回文本显示中的IP地址字符串

package com.socketdemo1;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetadressDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //1,static InetAddress getByName(String host) 	确定主机名称的IP地址。 主机名称可以是机器名称，也可以是IP地址
//        InetAddress address = InetAddress.getByName("YM");
        InetAddress address = InetAddress.getByName("LJB");
        System.out.println(address); //LJB/192.168.56.1

        //2,String getHostName() 	获取此IP地址的主机名
        String hostName = address.getHostName();
        System.out.println("主机名为"+hostName); //LJB

        //3,String getHostAddress() 	返回文本显示中的IP地址字符串
        String ip = address.getHostAddress();
        System.out.println("IP为"+ip); //192.168.56.1
    }
}

5.端口

端口：设备上应用程序的唯一标识

端口号 ：用两个字节表示的整数,它的取值范围是0~65535。其中, 0~ 1023之间的端口号用于些知名的网络服务和应用，我们自己使用1024以上的端口号就好了。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败

注意：一个端口号只能被一个应用程序使用

6.协议

协议：计算机网络中,连接和通信的规则被称为网络通信协议

UDP协议

用户数据报协议(User Datagram Protocol)

UDP是面向无连接通信协议, 即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外-台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据

速度快，有大小现在一次最多发送64k，数据不安全，易丢失数据

由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频视频和普通数据的传输

例如视频会议通常采用UDP协议, 因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生大影响。但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议

TCP协议

传输控制协议 (Transmission Control Protocol)

TCP协议是面向连接 的通信协议，即传输数据之前,在发送端和接收端建立逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过"三次握手"

速度慢，没有大小限制，数据安全

三次握手：TCP协议中,在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠

第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认

第二次握手,服务器端向客户端回送一个响应， 通知客户端收到了连接请求

第三次握手,客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接

2.UDP通信程序

UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象, 但是这两个Socket只是发送，接收数据的对象因此对于基于UDP协议的通信双方而言,没有所谓的客户端和服务器的概念

Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket

UDP发送数据

发送数据的步骤

创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)：DatagramSocket()

创建数据， 并把数据打包：DatogramPacket (byte[] buf, int Length, InetAddress address, int port)

调用DatagramSocket对象的方法发送数据：void send(DatagramPacket p)

关闭发送端：void close()

package com.socketdemo2;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        //2、创建数据， 并把数据打包
        //DatagramPacket (byte[] buf, int Length, InetAddress address, int port)
        // 构造一个数据包，发送长度为length的数据 包到指定主机上的指定端口号。
        byte[] bys = "hello,java".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10000);

        //3、调用DatagramSocket对象的方法发送数据
        //void send(DatagramPacket p)
        ds.send(dp);

        //4、关闭发送端
        ds.close();
    }
}

UDP接收数据

接收数据的步骤

创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)：DatagramSocket(int port)

创建一个数据包， 用于接收数据：DatagramPacket(byte[] buf, int length)

调用DatagramSocket对象的方法接收数据：void receive(DatagramPacketp)

解析数据包， 并把数据在控制台显示：byte[] getData()、int getLength()

关闭接收端：void close()

package com.socketdemo2;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)：DatagramSocket(int port)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);

        //2、创建一个数据包， 用于接收数据
        //DatagramPacket(byte[] buf, int length)：构造一个DatagramPacket用来接收长度为length的数据包
        byte[] bys = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);

        //3、调用DatagramSocket对象的方法接收数据：void receive(DatagramPacket)
        ds.receive(dp);

        //4、解析数据包， 并把数据在控制台显示：
        // byte[] getData():返回数据缓冲区 int getLength()
        byte[] data = dp.getData();
        //int getLength():返回要发送的数据长度或接收的数据长度
        int length = dp.getLength();
        String dataString = new String(data,0,length);
        System.out.println("数据是："+dataString);

        //5、关闭接收端：void close()
        ds.close();
    }
}

练习

package com.socketdemo3;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Scanner;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)：DatagramSocket()
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        //键盘录入数据
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String s = sc.nextLine();

        while (true) {
            if ("886".equals(s)) {
                break;
            } else {
                //创建数据并把数据打包
                byte[] bytes = s.getBytes();
                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10000);

                //3、调用DatagramSocket对象的方法发送数据：void send(DatagramPacket p)
                ds.send(dp);
            }
        }
        ds.close();
    }
}

package com.socketdemo3;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)：DatagramSocket(int port)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);

        while(true) {
            //创建一个数据包接收数据
            byte[] bys = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);

            //调用DatagramSocket对象的方法接收数据：void receive(DatagramPacket)

            ds.receive(dp);

            //解析数据包， 并把数据在控制台显示：byte[] getData()、int getLength()
            System.out.println("数据是：" + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));
        }

        //关闭
//        ds.close();
    }
}

UDP的三种通信方式

单播

组播

广播

组播代码实现

组播地址：224.0.0.0~239.255.255.255

其中224.0.0.0~224.0.0.255为预留的组播地址

单播的发送端：

1.创建发送端的Socket对象(Datagram Socket)

2.创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)

3.调用DatagramSocket对象的方法发送数据

4.释放资源

注意：

在单播中，这里是发给指定的IP的电脑

但是在组播当中，这里是发给组播地址

package com.socketdemo4;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        String s = "hello 组播";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.1.0");
        int port = 10001;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);

        ds.send(dp);

        ds.close();
    }
}

package com.socketdemo4;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        String s = "hello 组播";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.1.0");
        int port = 10001;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);

        ds.send(dp);

        ds.close();
    }
}

广播代码实现

单播的发送端

1.创建发送端的Socket对象(Datagram Socket)

2.创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)

3.调用DatagramSocket对象的方法发送数据

4.释放资源

注意：

在单播中，这里是发给指定的IP的电脑

但是在广播当中，这里是发给广播地址

广播地址：255.255.255.255

package com.socketdemo5;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        String s = "hello 广播";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
        int port = 10001;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);

        ds.send(dp);

        ds.close();
    }
}

package com.socketdemo5;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10001);

        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);

        ms.receive(dp);

        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        System.out.println(new String(data,0,length));

        ms.close();
    }
}

3.TCP通信程序

1.TCP通信原理

TCP通信协议是一种可靠的网络协议， 它在通信的两端名建立一个Socke对象， 从而在通信的两端形成网络虚拟链路

一旦建立了 虚拟的网络链路，两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信

Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装,使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生l0流来进行网络通信

Java为客户端提供了Socket类,为服务器端提供了ServerSocket类

2.TCP发送数据

1.创建客户端的Socket对象(Socket)：Socket(String host, int port)

2.获取输出流，写数据：OutputStream对象的getOutputStream()方法

3.释放资源：void close()

package com.socketdemo6;

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

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建客户端的Socket对象(Socket)：Socket(String host, int port)
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);

        //2、获取输出流，写数据：OutputStream对象的getOutputStream()方法
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello".getBytes());

        //3、释放资源：void close()
        socket.close();
    }
}

3.TCP接收数据

1.创建服务 器端的Socket对象(ServerSocket)：ServerSocket(int port)

2.监听客户端连接, 返回个Socket对象:Socket accept()

3.获取输入流, 读数据，并把数据显示在控制台:InputStream对象的getInputStream()方法

4.释放资源：void close()

package com.socketdemo6;

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

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建服务 器端的Socket对象(ServerSocket)：ServerSocket(int port)
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10001);

        //2、监听客户端连接, 返回个Socket对象:Socket accept()
        System.out.println(111);
        Socket accept = ss.accept();
        System.out.println(222);

        //3、获取输入流, 读数据，并把数据显示在控制台:InputStream对象的getInputStream()方法
        InputStream is = accept.getInputStream();
        int b;
        while ((b = is.read()) != -1){
            System.out.print((char) b);
        }

        //4、释放资源：void close()
        is.close();
        ss.close();
    }
}

4.原理分析

1.accept方法是阻塞的，作用就是等待客户端连接

2.客户端创建对象并连接服务器，此时是通过三次握手协议保证跟服务器之间的连接

3.针对客户端来讲，是往外写的，所以是输出流，针对服务器来讲，是往里读的，所以是输入流

4.read方法也是阻塞的

5.在关流的时候，还多了一个往服务器写结束标记的动作

6.最后一步断开连接，通过四次挥手协议保证连接终止

5.三次握手

6.四次挥手

7.TCP通信程序练习

案例需求：

客户端：发送数据，接受服务器反馈

服务器：收到消息后给出反馈

步骤：

客户端创建对象，使用输出流输出数据

服务端创建对象，使用输入流接受数据

服务端使用输出流给出反馈数据

客户端使用输入流接受反馈数据

package com.socketdemo7;

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

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端的Socket对象(Socket)
        Socket s = new Socket("127.0.0.1", 10001);

        //获取输出流，写数据
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello".getBytes());

        //接收服务器反馈
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("客户端：" + data);

        //释放资源
        is.close();
        os.close();
        s.close();
    }
}

package com.socketdemo7;

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

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10001);

        //监听客户端连接，返回一个Socket对象
        Socket accept = ss.accept();

        //获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
        InputStream is = accept.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("服务器：" + data);

        //给出反馈
        OutputStream os = accept.getOutputStream();
        os.write("数据已经收到".getBytes());

        //释放资源
        accept.close();
        is.close();
        os.close();
        ss.close();
    }
}

8.练习二

客户端：将本地文件上传到服务器。接收服务器的反馈

服务器：接收客户端上传的文件，上传完毕之后给出反馈

package com.socketdemo8;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端Socket对象
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10002);

        //是本地的流，读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("lib\\OIP-C (4).jpg"));
        //写到服务器--网络中的流
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(os);

        int b;
        while ((b = bis.read())!=-1){
            bos.write(b);//通过网络写到服务器中
        }

        //给服务器一个结束标记，告诉服务器文件已经传输完毕
        socket.shutdownOutput();

        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null){
            System.out.println(line);
        }
        bis.close();
        socket.close();

    }
}

package com.socketdemo8;

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

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);
        Socket accept = ss.accept();

        //网络中的流,从客户端读取数据的
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
        //本地的IO流，把数据写到本地，实现永久话存储
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("ServerDir\\copy.jpg"));

        int b;
        while ((b = bis.read()) != -1){
            bos.write(b);
        }
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
        bw.write("上传成功");
        bw.newLine();
        bw.flush();

        bos.close();
        accept.close();
        ss.close();
    }

}

9.服务端优化

第一个弊端：

服务器只能处理一个客户端请求，接收完一个图片之后，服务器就关闭了

改进方式：

循环

第二个弊端：

第二次上传文件的时候，会把第一次的文件给覆盖

改进方式：

UUID.randomUUID()方法生成随机的文件名

package com.socketdemo8;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);
        while (true) {
            Socket accept = ss.accept();

            //网络中的流,从客户端读取数据的
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
            //本地的IO流，把数据写到本地，实现永久话存储
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("ServerDir\\" + UUID.randomUUID().toString()+".jpg"));

            int b;
            while ((b = bis.read()) != -1){
                bos.write(b);
            }
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
            bw.write("上传成功");
            bw.newLine();
            bw.flush();

            bos.close();
            accept.close();
        }
        //ss.close();
    }

}

加入循环以后又引发了一个问题：

使用循环虽然可以让服务器处理多个客户端请求。但是还是无法同时跟多个客户端进行通信

改进方式：

开启多线程处理

新创建一个类ThreadSocket

package com.socketdemo8;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);
        while (true) {
            Socket accept = ss.accept();
            ThreadSocket ts = new ThreadSocket(accept);
                    new Thread(ts).start();
        }
        //ss.close();
    }

}

package com.socketdemo8;

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class ThreadSocket implements Runnable{
    private Socket acceptSocket;
    public ThreadSocket(Socket accept) {
        this.acceptSocket = accept;
    }

    @Override
    public void run() {
        BufferedOutputStream bos = null;
        try {
            //网络中的流,从客户端读取数据的
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(acceptSocket.getInputStream());
            //本地的IO流，把数据写到本地，实现永久话存储
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("ServerDir\\" + UUID.randomUUID().toString()+".jpg"));

            int b;
            while ((b = bis.read()) != -1){
                bos.write(b);
            }
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(acceptSocket.getOutputStream()));
            bw.write("上传成功");
            bw.newLine();
            bw.flush();


        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            if(bos != null){
                try {
                    bos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(acceptSocket != null){
                try {
                    acceptSocket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

加入多线程又引发了一个问题：

使用多线程虽然可以让服务器同时处理多个客户端请求。但是资源消耗太大

解决方案：

加入线程池

package com.socketdemo8;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10002);
        ThreadPoolExecutor pool =new ThreadPoolExecutor(
                3,      //核心线程数量
                10,     //线程池的总数量
                60,     //临时线程空闲时间
                TimeUnit.SECONDS,    //临时线程空闲时间的单位
                new ArrayBlockingQueue<>(5),    //阻塞队列
                Executors.defaultThreadFactory(),       //创建线程的方式
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()    //任务拒绝策略
        );
        while (true) {
            Socket accept = ss.accept();
            ThreadSocket ts = new ThreadSocket(accept);
                    //new Thread(ts).start();
            pool.submit(ts);
        }
        //ss.close();
    }

}