一、为什么需要网络编程?
本地资源VS网络资源
当你在电脑上打开一个本地视频文件时,播放器直接从硬盘读取数据并解码显示。这是本地IO,数据来源于你的磁盘。
当你通过浏览器打开b站看视频时,视频文件不在你的电脑上,而是存储在某台远程服务器上。你的浏览器通过网络,将数据一点一点"下载"到本地,再边下边播。
网络编程的作用,就是让你的程序能从网络上获取数据,或者把数据提供给网络上的其他程序。
二、网络编程的基本概念
2.1发送端和接收端
在一次网络数据传输中:
发送端:数据的发送方进程,源主机
接收端:数据的接收方进程,目的主机。
这两个概念是相对的。
2.2请求和响应
在典型的客户端--服务器端模型中,一次完整的数据交互包含两次传输:
1.请求:客户端向服务器端发送数据,表明"我想要什么"
2.响应:服务器端处理完请求后,向客户端返回结果数据。
2.3通信流程
1.客户端构建请求数据,发送给服务器端
2.服务器端接收请求,解析并执行相应业务
3.服务器端将处理结果封装为响应数据,发送给客户端。
4.客户端接收响应,展示结果给用户
三、Socket套接字------网络编程的基石
3.1什么是Scoket?
Socket是操作系统提供的一组用于网络通信的编程接口。它封装了TCP/IP协议栈的细节,让我们可以通过简单的函数调用来发送和接收数据。
在Java中,java.net包提供了Socket相关的类,我们无需关心底层协议实现,直接使用即可。
3.2按传输层协议分类
Socket主要分为三大类,后续重点介绍前两种:
1.数据报套接字(Datagram Socket)------基于UDP
UDP(用户数据报协议)是无连接、不可靠的传输层协议。特点:
无连接:发送数据前不需要建立连接,直接发送。
不可靠传输:数据可能丢失、重复、乱序,且没有重传机制。
面向数据报:每次发送和接收都必须以完整的报文为单位。一次发送100字节,接收端必须一次读满100字节,不能分多次读。
有接收缓冲区,无发送缓冲区(直接发送)。
大小受限:单个数据报最大为64KB
2.流套接字(Steam Socket)------基于TCP
TCP(传输控制协议)是面向连接、可靠的传输层协议。特点:
有连接:通信前必须建立连接(三次握手),通信结束后释放连接(四次挥手)。
可靠传输:这是相对的可靠性,不是绝对不丢包、绝对不重复,而是通过一些规则让接收到的数据是无差错、不丢失、不重复、按序到达的。
有发送缓冲区和接收缓冲区,大小不限(取决于内存)
3.原始套接字(Raw Socket)
原始套接字允许用户直接操作IP层数据,可以自定义传输层协议。通常用于开发网络工具或安全分析。
四、开发中的注意事项
4.1同一主机测试
在开发阶段,可以在同一台电脑上启动两个Java进程,分别扮演客户端和服务端。此时IP地址使用回环地址(127.0.0.1),数据不会真正经过网卡,而是由操作系统内部转发,非常高效。
4.2端口被占用问题
每个端口同时只能被一个进程绑定。如果服务端尝试绑定一个已经被占用的端口,会抛出BindException。输入命令netstat -ano |findstr 端口号 即可显示占用该端口的进程PID,在任务管理器中可以根据PID找到对应进程。
4.3应用层协议的设计
TCP/UDP指负责传输字节,但接收方如何理解这些字节?这就需要通信双方约定应用层协议。
例如:我们约定请求格式为"命令+参数",用换行符分隔;响应格式为"状态码+数据",用JSON或XML序列化。