Java基础——网络编程

第一讲 概述

1、网络编程：OSI参考模型和TCP/IP参考模型



      一般来说开发处于传输层和网际层，应用层为：FTP和HTTP协议等，传输层为：UDP和TCP等，网际层为：IP。

      通常用户操作的是应用层，而编程人员需要做的是传输层和网际层，用户在应用层操作的数据，经过逐层封包，最后到物理层发送到另一个模型中，再进行逐层解包。



2、网络通信三要素：IP地址，端口号，传输协议

A、IP地址

      a、它是网络中的设备标识

      b、不易记忆，可用主机名表示，两者存在映射关系

      c、本机回环地址：127.0.0.1，主机名为：localhost。

IP地址：java中对应的是InetAddress类，存在于java.net包中。

InetAddress类：

     （一）无构造函数，可通过getLocalHost()方法获取InetAddress对象，此方法是静态的，返回本类对象。

                 InetAddress i = InetAddress.getLocalHost();

     （二）方法：

                1）static InetAddress getByName(String host)：获取指定主机的IP和主机名。（最好用ip地址去获取，主机名需要解析）

                2）static InetAddress[] getAllByName(String host)：在给定主机名的情况下，根据系统上配置的名称服务返回IP地址所组成的数组。返回对象不唯一时，用此方法。

                3）String getHostAddress()：返回IP地址字符串文本形式，以IP地址为主。

                4）String getHostName()：返回IP地址主机名。

     （三）如何获取任意一台主机的IP地址对象：

                1）功能：返回InetAddress对象

                2）对于任意主机，需要指定传入主机名的参数

注意：如果IP地址和对应的主机名，这种映射关系没有在网络上，就不会解析成功，返回的还是指定的IP。

package com.dawndaybreak.network;

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

public class IPDemo {

public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
// 获取本机对象
InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
// 获取IP地址
String ip = inetAddress.getHostAddress();
System.out.println(ip);
// 获取主机名
String name = inetAddress.getHostName();
System.out.println(name);

System.out.println("------------------");
InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("119.75.218.70");
System.out.println("ip : " + inet2.getHostAddress() + "\nname : "
+ inet2.getHostName());

System.out.println("------------------");

// 获取指定主机名的ip信息
InetAddress[] baidu = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
for (InetAddress b : baidu) {
String baddress = b.getHostAddress();
String bname = b.getHostName();
System.out.println("ip : " + baddress + "\tname : " + bname);
}
}

}

B、端口号：

       a、用于标识进程的逻辑地址，不用进程的标识。

       b、有效端口：0 ~65535，系统使用或保留的端口是：0~ 1024。

C、传输协议：

        即通信规则，包含TCP和UDP协议

UDP

        是面向无连接，明确了对方的端口，无论在不在网上，只管传输，不在就会丢失数据。只求速度，应用于网络视频会议和聊天等应用程序中。

协议特点：

         a、面向无连接，即将数据及源和目的封装成数据包中，不建立链接的发送

         b、每个数据包的大小限制在64K之内

         c、因无连接，是不可靠的协议

         d、不建立连接，速度快。

TCP

        是面向连接的，必须连接成功才能传输数据，应用于下载等程序上

协议特点：

         a、面向连接，在建立连接后，形成传输数据的通道

         b、在连接中进行大数据量的传输

         c、通过三次握手完成连接，是可靠的协议

         d、必须建立连接，效率稍慢

三次握手：第一次本方发送请求，第二次对方确认连接，第三次本方再次确认连接成功。

3、通信的步骤：

        1）找到IP地址

        2）数据要发送到对象指定应用程序，为标识这些应用程序，所以给这些网络应用程序都用数字标识，为方便称呼这个数字，叫做端口，即逻辑端口。

        3）定义通信规则，称之为协议。国际组织定义了通用协议，即TCP/IP。

注意：必须要有数字标识才能将数据发送到应用程序上。

第二讲 传输协议

一、Socket

        1、它被称之为插座，相当于港口一样，是网络服务提供的一种机制。

        2、通信两端都要有Socket，才能建立服务。

        3、网络通信其实就是Socket间的通信，数据在两个Socket间通过IO传输。

二、UDP传输

1、通过类DatagramSocket，此类表示用发送和接收数据包的套接字，即Socket。

2、方法：

        1）创建 UDPSocket发送服务对象：

              DatagramSocket()，不指定端口。DatagramSocket(int port)，指定端口。

        2）发送：void send(DatagramPacket p)

        3）接收：void receive(DatagramPacket p)

       其中DatagramPacket：数据报包用来实现无连接包投递服务的，每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器中。凡是带地址（InetAddress）的都是用于发送包的。

3、步骤

        1）发送数据：

              a、建立UDPSocket服务，在此无需指定端口，也可以将端口加入。如果不指定的话，系统会随机分配一个端口，如第一次运行时端口为1093，那么第二次就会顺延为1094，再运行会一直顺延，因为之前的端口还没有得到释放，所以会顺延端口号值。

              b、提供数据，并将数据封装到数据包中

              c、通过socket服务的发送功能，将数据包发送出去

              d、关闭资源

        2）接收数据：

              a、定义UDPSocket服务。通常会监听一个端口，其实就是给这个接收网路应用程序定义数字标识，方便于明确哪些数据过来该应用程序可以处理。

              b、定义一个数据包，用来存储接收到的字节数据，因为数据包对象中有更多功能可以提取字节数据中的不同数据信息。

              c、通过socket服务的receive方法接收到的数据存入已定义好的数据包中

              d、通过数据包对象的特有功能，将这些不同的数据取出，打印在控制台上

              e、关闭资源

        在定义接收数据的方法中，仍会在DatagramSocket构造函数中传入DatagramPacket的参数，这是因为收到的数据太多，需要解析，通过将数据封装成对象，易于解析，所以需要传入参数。

注意：

        1、发送端与接收端是两个独立的运行程序。

        2、在发送端，要在数据包对象中明确目的地IP及端口。

        3、在接收端，要指定监听的端口。

示例一：

public static void main(String[] args) throws Exception {
//1、创建udp服务。通过DatagramSocket对象
DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
//2、确定数据，并封装成数据包。DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
byte[] buf="udp shi shen ma".getBytes();
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("192.168.1.175"),10000);

//3、通过Socket服务，将已有的数据包发送出去。通过send方法。
ds.send(dp);
//4、关闭资源
ds.close();
}

示例二：

public static void main(String[] args) throws Exception {
//1、创建udp Socket服务，建立端点
//DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10000);
//一直处于接收状态
while(true) {
//1、创建udp Socket服务，建立端点
DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10000);
//2、定义数据包。用于存储数据
byte[] buf=new byte[1024];
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf,buf.length);
//3、通过Socket服务的receive方法将接收到的数据存入数据包中
ds.receive(dp);//阻塞式方法
//4、通过数据包的方法获取其中的数据
String ip=dp.getAddress().getHostName();
String data=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
int port=dp.getPort();
System.out.println(ip+"::"+data+"::"+port);
//5、关闭资源
ds.close();
}
//5、关闭资源
//ds.close();
}

三、TCP传输

1、TCP分客
4000
户端和服务端。客户端对应的对象是Socket，服务端对应的对象是ServerSocket。

2、方法：

        1）创建客户端对象：

              Socket()：创建空参数的客户端对象，一般用于服务端接收数据

              Socket(String host,int port)，指定要接收的IP地址和端口号

        2）创建服务端对象：ServerSocket(int port)：指定接收的客户端的端口

        3）Socket accept()：监听并接受到此套接字的连接

        4）void shutdownInput()：此套接字的输入流至于“流的末尾”

        5）void shutdownOutput()：禁用此套接字的输出流

        6）InputStream getInputStream()：返回此套接字的输入流，Socket对象调用

        7）OutputStream getOutputStream()：返回套接字的输出流，Socket对象调用

3、基本思路

客户端：

        1）客户端需要明确服务器的ip地址以及端口，这样才可以去试着建立连接，如果连接失败，会出现异常。

        2）连接成功，说明客户端与服务端建立了通道，那么通过IO流就可以进行数据的传输，而Socket对象已经提供了输入流和输出流对象，通过getInputStream(),getOutputStream()获取即可。

        3）与服务端通讯结束后，关闭Socket。

服务端：

        1）服务端需要明确它要处理的数据是从哪个端口进入的。

        2）当有客户端访问时，要明确是哪个客户端，可通过accept()获取已连接的客户端对象，并通过该对象与客户端通过IO流进行数据传输。

        3）当该客户端访问结束，关闭该客户端。

4、步骤

客户端：

        通过查阅Socket对象的API文档，发现在该对象在建立时，就可去连接指定主机，因为TCP是面向连接的，所以在建立Socket服务时，就要有服务端存在，并连接成功，形成通路后，再通过该通道进行数据的传输。

         1）创建Socket服务，并指定要连接的主机端口。通路一建立，就会产生Socket流（包括输入流和输出流），通过方法获取

         2）为了发送数据，应获取Socket中的输出流，如果要接收服务端的反馈信息，还需要获取Socket的输入流

         3）通过输出流的write()方法将要发送的数据写入到流中

         4）关闭Socket流资源

服务端：

        服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。需监听一个端口。

         1）建立服务端的Socket服务，并监听一个端口。通过ServerSocet带端口参数的构造函数

         2）获取连接过来的客户对象，通过ServerSocket的accept()方法，此方法是阻塞式的，如果服务端没有连接到就会一直等待

         3）客户端如果发过来数据，则服务端要使用对应的客户端对象，并获取到该客户端对象的读取流读取发过来的数据，并输出到指定目的地。

         4）关闭服务端（可选）。一般服务端是常开的，因为在实际应用中，随时有客户端在请求连接和服务。但这里需要定时关闭客户端对象流，避免某一个客户端长时间占用服务器端。

示例：

//客户端
import java.net.*;
import java.io.*;
class  TcpClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1、创建客户端的Socket服务。指定目的主机和端口
Socket s=new Socket("127.0.0.1",10000);
//2、获取Socket流中输出流，发送数据
OutputStream out=s.getOutputStream();
out.write("你好！".getBytes());
//3、获取Socket流中的输入流，用来接收服务端的反馈信息并打印
InputStream in=s.getInputStream();

byte[] buf=new byte[1024];
int len=in.read(buf);//读取反馈的数据

//输出接收的数据
System.out.println(new String(buf,0,len));

s.close();//关闭资源
}
}

//服务端

class TcpServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1、创建服务端的Socket服务，并监听一个端口
ServerSocket ss=new ServerSocket(10000);
//2、通过accept方法获取连接过来的客户端对象。
Socket s=ss.accept();
//获取客户端ip
String ip=s.getInetAddress().getHostName();
System.out.println(ip+"connected....");
//3、获取对应客户端对象的读取流读取发过来的数据，并打印
InputStream in=s.getInputStream();
byte[] buf=new byte[1024];
int len=in.read(buf);
System.out.println(new String(buf,0,len));

//4、调用对应的客户端的输出流写入返回数据
OutputStream out=s.getOutputStream();
out.write("哥们，收到！".getBytes());

//关闭资源
s.close();
ss.close();//可选操作
}
}

第三讲 应用

一、用TCP客户端并发上传图片

1、一对一（单线程）上传的思路：

客户端

        a、服务端点。

        b、读取客户端已有的图片数据

        c、通过Socket输出流将数据发给服务端

        d、读取服务端反馈信息。

        e、关闭

服务端

        a、服务端服务，并监听窗口

        b、获取客户端对象，并获取客户ip

        c、读取客户端输入流数据

        d、写入文件

        e、用客户端输出流反馈信息

        f、关流

2、单线程的服务端有个局限性。当A客户端连接上以后，被服务端获取到。服务端执行具体流程。这时B客户端连接，只能等待。因为服务端还没有处理完A客户端的请求。还没有循环回来执行下一次accept方法。所以，暂时获取不到B客户端对象。

        那么为了可以让多个客户端同时并发访问服务端。服务端最好就是将每个客户端封装到一个单独的线程中，这样，就可以同时处理多个客户端请求。

如何定义线程呢？

        只要明确了每一个客户端要在服务端执行的代码，将该代码存入run方法即可。

示例（并发上传图片）：

import java.io.*;
import java.net.*;
//客户端
class  PicClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//对传入的值进行判断
if (args.length!=1) {
System.out.println("请指定一个图片文件！");
return;
}

File file=new File(args[0]);

//对文件路径进行判断
if (!(file.exists()&&file.isFile())) {
System.out.println("你上传的文件有问题，非文件或者不存在！");
return;
}

//判断是否是图片文件
if (!file.getName().endsWith(".jpg")) {
System.out.println("图片格式错误，请重新选择！");
return;
}

//对文件大小进行判断
if (file.length()>1024*1024*5) {
System.out.println("你上传的文件过大,居心叵测！");
return;
}

//创建服务
Socket s=new Socket("localhost",10000);
//读取图片数据
FileInputStream fis=new FileInputStream(file);

//用Socket服务输出流写入数据
OutputStream out =s.getOutputStream();

BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));

byte[] buf=new byte[1024];

int len=0;

while ((len=fis.read(buf))!=-1) {
out.write(buf,0,len);
}

//结束标记，表示文件数据已经上传完了
s.shutdownOutput();

String info=in.readLine();//读取返回信息
System.out.println(info);

fis.close();//关流
s.close();

}
}

//服务端
class PicServer {
public static void main(String[] args)throws Exception {
//创建服务，监听端口
ServerSocket ss=new ServerSocket(10000);

while (true) {
//获取客户端对象
Socket s=ss.accept();
//客户端执行线程
new Thread(new PicThread(s)).start();
}

//ss.close();
}
}

//利用多线程实现并发上传
class PicThread implements Runnable {
private Socket s;
PicThread(Socket s) {
this.s=s;
}
public void run() {
int count=1;
//获取客户端ip
String ip=s.getInetAddress().getHostAddress();
try {
System.out.println(ip+"  connected.....");

//通过客户端的读取流读取数据
InputStream in=s.getInputStream();
//文件保存路径
File dir =new File("C:\\Users\\asus\\Desktop");
//文件名
File file=new File(dir,ip+".jpg");
//判断文件是否存在
while(file.exists()) {
file=new File(dir,ip+"("+(count++)+").jpg");
}

//将数据写入到指定文件中
FileOutputStream fos=new FileOutputStream(file);

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

//将收到图片数据的信息返回给客户端
OutputStream out=s.getOutputStream();

out.write("上传成功！".getBytes());

fos.close();//关流
s.close();
}
catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(ip+"图片上传失败");
}
}
}

二、客户端并发登录

        客户端通过键盘录入用户名，服务端对这个用户名进行校验。

        如果该用户存在，在服务端显示xxx，已登陆；并在客户端显示xxx，欢迎光临。

        如果用户不存在，在服务端显示xxx，尝试登陆；并在客户端显示xxx，该用户不存在。

        最多就登录三次。

示例（验证）：

import java.io.*;
import java.net.*;
//客户端
class  LoginClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//创建服务
Socket s=new Socket("localhost",10000);
//键盘录入
BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

//用Socket服务输出流写入数据
PrintWriter out =new PrintWriter(s.getOutputStream(),true );

//接收服务器返回的信息
BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));

String line=null;

for(int x=0;x<3;x++) {
line=br.readLine();//读取键盘录入
if (line==null) {
break;//如果键盘没有输入，则直接结束
}

out.println(line);//将数据写入流中

String info=in.readLine();//读取返回信息

System.out.println(info);

if (info.contains("欢迎")) {
break;//如果登录成功，就跳出循环
}
}

br.close();//关流
s.close();
}
}

//服务端
class LoginServer {
public static void main(String [] args)throws Exception {
//创建服务，监听端口
ServerSocket ss=new ServerSocket(10000);

while (true) {
//获取客户端对象
Socket s=ss.accept();

//客户端执行线程
new Thread(new LoginThread(s)).start();
}

//ss.close();
}
}

//利用多线程实现并发登录
class LoginThread implements Runnable {
private Socket s;
LoginThread(Socket s) {
this.s=s;
}
public void run() {
//获取客户端ip
String ip=s.getInetAddress().getHostAddress();
System.out.println(ip+"  connected.....");
try {
for (int x=0;x<3 ;x++ ) {
//通过客户端的读取流读取数据
BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));

//读取数据库中的数据，这里用文件来表示数据库
BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader("users.txt"));

String line=in.readLine();//读取客户端数据
if (line==null) {
break;//如果客户端没有发送数据，则跳出循环
}
String data=null;
boolean flag=false;//设置标记
//读取数据库中的用户数据
while ((data=br.readLine())!=null) {
if (line.equals(data)) {
flag=true;//如果用户存在，则将标记设为true
break;
}
}

//将数据写入到指定文件中
PrintWriter out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);

if (flag) {
System.out.println(line+",已登陆！");

out.println(line+"，欢迎光临！");

break;//-----------
} else {
System.out.println(line+",尝试登陆！");
out.println(line+"，用户名不存在！");
}
}
s.close();//关流
}
catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("用户登陆失败");
}
}
}

三、客户端和服务的浏览器演示

        浏览器是一个标准的客户端，它可以对服务端传送过来的数据消息进行解析，把符合应用层协议的消息部分解析后，将头信息拆包掉，传送到应用层，只保留了正确的正文主题部分显示在主体部分上。

        而由于使用java编译是在传输层和网际层处理的，所以，会接受到全部的消息，包含了头消息。而浏览器处于应用层，已将发送来的头消息去除，只留下了主体信息。

示例（自定义服务器，用浏览器访问）：

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

//服务器
class  ServerDemo {
public static void main(String[] args)throws Exception {
//创建服务，监听端口
ServerSocket ss=new ServerSocket(10000);
//获取客户端
Socket s=ss.accept();
//显示ip
String ip=s.getInetAddress().getHostAddress()
b6c3
;

System.out.println(ip);
//读取客户端读取流数据
InputStream in=s.getInputStream();

byte[] buf=new byte[1024];
int len=in.read(buf);
//显示数据
System.out.println(new String(buf,0,len));
//返回信息写入客户端输出流
PrintWriter out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);///true一定要记得写

out.println("<font color='red' size='7'>客户端你好!</font>");

s.close();//关流
ss.close();
}
}

四、URL和URLConnection

1、URL：

        URI：范围更大，条形码也包含于此范围

        URL：范围较小，即域名

方法：

        1）构造函数：URL(String protocol,String host,int port,String file);//根据指定 protocol、host、port号和 file 创建 URL对象。

        2）String getProtocol();//获取协议名称

        3）String getHost();//获取主机名

        4）int getPort();//获取端口号

        5）String getFile();//获取URL文件名

        6）String getPath();//获取此URL的路径部分

        7）String getQuery();//获取此URL的查询部，客户端传输的特定信息

注：一般输入网址，是不带端口号的，此时可进行获取，通过获取网址返回的port，若port为-1，则分配一个默认的80端口，如

        int port = getPort();

        if(port == -1)

              port = 80;

2、URLConnection

方法：

        1）URLConnection openConnection();//用URL调用此方法，返回一个 URLConnection 对象，它表示到 URL 所引用的远程对象的连接。

        2）InputStream getInputStream();//获取输入流

        3）OutputStream getOutputStream();//获取输出流

示例（自定义浏览器，显示网页信息）：

import java.io.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.net.*;

class MyIEGUIDemo {
//定义所需组件引用
private Frame f;
private Button but,bok;
private TextField tf;
private TextArea ta;

//构造函数
MyIEGUIDemo() {
init();
}

//窗体基本设置于功能实现
public void init() {
//组件实例化
f=new Frame("我的Window");
but=new Button("跳转");
tf=new TextField(50);
ta=new TextArea(25,60);

//基本设置
f.setBounds(300,150,500,500);
f.setLayout(new FlowLayout());

//添加组件
f.add(tf);
f.add(but);
f.add(ta);

//窗体事件
myEvent();

//窗体显示
f.setVisible(true);
}

//注册事件
public void myEvent() {
//窗体关闭功能
f.addWindowListener(new WindowAdapter() {
public void windowClosing(WindowEvent e) {
System.exit(0);
}
});

//“跳转”按钮事件
but.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
showFile();//显示网页内容在文本区中
}
});

//文本框键盘事件
tf.addKeyListener(new KeyAdapter() {
public void keyPressed(KeyEvent e) {
//如果键盘按下Enter键，就将网页内容显示在文本区中
if(e.getKeyCode()==KeyEvent.VK_ENTER)
showFile();
}
});
}

//显示网页内容
private void showFile() {
ta.setText("");
String path=tf.getText();//获取输入的路径
try {
//封装地址对象
URL url =new URL(path);
// 连接网页服务器
URLConnection conn=url.openConnection();
//读取流，用于读取服务器返回数据
InputStream in=conn.getInputStream();

byte[] buf=new byte[1024*1024];

int len=in.read(buf);
//将数据显示在文本区中
ta.append(new String(buf,0,len));
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("连接"+path+"网站失败");
}
}

public static void main(String[] args) {
//运行窗体
new MyIEGUIDemo();
}
}

总结：

1、Socket类的构造函数中，有一个空参数的构造函数：

         Socket()//通过系统默认类型的 SocketImpl创建未连接套接字对象

        可以通过connect(SocketAddress endpoint)方法来连接服务器。而SocketAddress是一个抽象类，它的子类InetSocketAddress实现了IP套接字地址（IP地址+端口号）。所以就可以连接到服务器了。

2、ServerSocket对象中的构造函数：

         ServerSocket(int port,int backlog)，其中的backlog表示队列的最大长度，即最多连入客户端的个数，即最大连接数。

3、在浏览器输入网址访问一台主机所做的操作：

        如输入http://61.135.169.125，可以直接连接此ip的主机，而我们一般是输入主机名：http:/www.baidu.ocm（百度主机对应的ip地址就是：61.135.169.125），那么此时浏览器做了神马操作呢？

        也就是说如何通过主机名获取IP地址，从而连接到这台主机呢？这就需要将主机名翻译成IP地址，即域名解析：DNS

         在进行访问的时候，会先在本地的hosts文件（c:\windows\system32\drivers\ext\host）中找对应的映射。若有，则直接返回请求；若无，则到公网的映射列表即DNS中找对应的映射，找到后，将主机名对应的IP地址返回给本机，本机通过这个IP地址找到对应的服务器。