【Java】网络编程

1 通信协议

通信的协议还是比较复杂的， java.net 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。
java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：tcp和udp

TCP：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。

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。整个交互过程如下图所示。

UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用中,例如视频会议、QQ聊天等。耗资小效率高，容易丢数据

2 网络编程三要素

协议：计算机网络通信必须遵守的规则。

IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address），俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话，那么“IP地址”就相当于“电话号码”。

IP地址分类

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，例如192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数，那么最多可以表示42亿个。
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。有资料显示，全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

常用命令
查看本机IP地址，在控制台输入：ipconfig
检查网络是否连通，在控制台输入：ping ip地址
特殊的IP地址：本机IP地址： 127.0.0.1 、localhost 。

端口号
网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

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之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。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。

利用协议+ IP地址+ 端口号三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

常用端口号：

80端口网络端口
数据库端口 mysql：3306 oracle：1521
tomcat端口：8080

3 TCP通信程序

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端要严格区分客户端和服务端

通信步骤

服务器端先启动
客户端请求服务器端
客户端服务端经过三次握手建立逻辑连接
连接中包含一个IO对象，使用IO流对象进行通信，IO流对象是字节流对象。

服务端要做的事：

服务端需要知道自己在和哪个客户端交互，通过accept方法获取到请求的客户端对象
多个客户端和服务端交互需要使用多个IO流对象。服务端没有IO流，它可以获取到请求的客户端对象socket使用每个客户端的socket中提供的IO流和客户端进行交互。使用输入流读数据，使用输出流发数据。

3.1 TCP客户端代码实现

构造方法：Socket(String host, int port)

成员方法：

OutputStream getOutputStream()：返回输出流
InputStream getInputStream()：返回输入流
void close()：关闭套接字

实现步骤：

创建客户端对象Socket，绑定服务器IP地址和端口号
使用socket对象的getOutputStream()获取网络字节输出流对象
使用字节输出流的write方法发送数据
使用socket对象的getInputStream()获取网络字节输入流对象
使用字节输入流的read方法读取数据
释放资源

public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write("客户端：你好服务器".getBytes());InputStream is = socket.getInputStream();byte[] bytes = new byte[1024];int len = is.read(bytes);System.out.println(new String(bytes,0,len));socket.close();}
}

3.2 TCP服务端代码实现

构造方法：Socket(int port)：创建绑定到特定端口的服务器套接字

成员方法：

Socket accept()：侦听并接收到此套接字连接
实现步骤：

创建客户端对象Socket，绑定服务器IP地址和端口号
使用socket对象的getOutputStream()获取网络字节输出流对象
使用字节输出流的write方法发送数据
使用socket对象的getInputStream()获取网络字节输入流对象
使用字节输入流的read方法读取数据
释放资源

public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket server = new ServerSocket(8888);Socket socket = server.accept();InputStream is = socket.getInputStream();byte[] bytes= new byte[1024];int len = is.read(bytes);System.out.println(new String(bytes, 0, len));OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write("服务端：收到谢谢".getBytes());socket.close();server.close();}
}

3.3 练习1-文件上传

原理：客户端读取本地的文件，把文件上传到服务器，服务器把上传的文件保存到服务器的硬盘上。

步骤

客户端使用本地的字节输入流，读取要上传的文件
客户端使用网络字节输出流，把读取到的文件上传到服务器
服务器使用网络字节输入流，读取客户端上传的文件
服务端使用本地的字节输出流，把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
服务器使用网络字节输出流，给客户端回写一个上传成功
客户端使用网络字节输入流，读取客户端回写的消息

本地硬盘读写用本地字节流，CS间通信用网络字节流

客户端实现

创建本地fis对象读取本地文件
创建socket对象获取网络os对象
使用网络os对象上传文件到服务器
使用socket对象获取网络is对象
使用网络is对象读取服务器回写的数据
释放资源

//数据源："a.txt"
//目的地服务器"D:\\upload\\"
public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {FileInputStream fis = new FileInputStream("a.txt");Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);OutputStream os = socket.getOutputStream();int len = 0;byte[] bytes = new byte[1024];while((len = fis.read(bytes)) != -1){os.write(bytes,0,len);}//上传完文件给服务器写一个结束标记socket.shutdownOutput();InputStream is = socket.getInputStream();while ((len = is.read(bytes)) != -1){System.out.println(new String(bytes,0,len));}fis.close();//从本地读取文件 输出到服务器socket.close();}
}

服务端实现

创建服务器ServerSocket对象，使用accpet方法获取Socket对象
使用Socket对象的getInputStream获取网络字节输入流对象
判断上传的文件夹是否存在，不存在则创建
创建一个本地的字节输出流fos ，绑定输出目的地
用网络is对象读取客户端上传的文件
使用本地字节fos把文件写道服务器的硬盘上
获取网络os对象，使用os对象的write给客户端发送上传成功的消息
释放资源

注意上传阻塞问题
fis.read 读取本地文件结束标记是读取到-1
while循环不会读取-1 也不会写给服务器
read读不到-1 进入死循环
解决方法：上传结束后，写一个结束标记。使用socket.shutdown()

public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket server = new ServerSocket(8888);Socket socket = server.accept();InputStream is = socket.getInputStream();File file = new File("E:\\upload");if(!file.exists()){file.mkdir();}FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\a.txt");byte[] bytes= new byte[1024];int len = 0;while((len = is.read(bytes))!= -1){fos.write(bytes,0,len);}OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write("服务端：文件上传成功".getBytes());socket.close();server.close();}
}

3.4 练习2-文件上传优化版

自定义文件命名，防止文件同名覆盖
让服务器一直处于监听状态，客户端可以多次上传
使用多线程可以提高文件上传效率，上传一次开启一个线程

package tcp;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket server = new ServerSocket(8888);//优化2：让服务端一直处于监听状态 死循环accept//有一个客户端上传就保存一个文件while(true){Socket socket = server.accept();//优化3：使用多线程提高效率 run中实现文件文件上传 有一个客户端上传就开启一个线程new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try{InputStream is = socket.getInputStream();File file = new File("E:\\upload");if(!file.exists()){file.mkdir();}//优化1：自定义文件名String filename = "zxc"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(9999)+".txt";FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\"+filename);byte[] bytes= new byte[1024];int len = 0;while((len = is.read(bytes))!= -1){fos.write(bytes,0,len);}OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write("服务端：文件上传成功".getBytes());socket.close();}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}}).start();}}
}

3.5 BS服务器实现

使用FileInputStream创建对象的时候遇到了问题，相对路径访问不了，这个问题暂时还不知道怎么解决，所以强行把父路径加上了，访问绝对路径就没问题。

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;/*创建BS版本TCP服务器*/
public class TCPServerThread {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建一个服务器ServerSocket,和系统要指定的端口号ServerSocket server = new ServerSocket(8080);/*浏览器解析服务器回写的html页面,页面中如果有图片,那么浏览器就会单独的开启一个线程,读取服务器的图片我们就的让服务器一直处于监听状态,客户端请求一次,服务器就回写一次*/while(true){//使用accept方法获取到请求的客户端对象(浏览器)Socket socket = server.accept();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象InputStream is = socket.getInputStream();//把is网络字节输入流对象,转换为字符缓冲输入流BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));//把客户端请求信息的第一行读取出来 GET /11_Net/web/index.html HTTP/1.1String line = br.readLine();System.out.println(line);//把读取的信息进行切割,只要中间部分 /11_Net/web/index.htmlString[] arr = line.split(" ");//把路径前边的/去掉,进行截取 11_Net/web/index.htmlString htmlpath = arr[1].substring(1);//使用FileInputStream创建对象的时候遇到了问题//相对路径访问不了 不知道怎么解决//所以强行把父路径加上了//访问绝对路径就没问题File file = new File("").getAbsoluteFile();htmlpath = file.getParent() + "\\" + htmlpath;//创建一个本地字节输入流,构造方法中绑定要读取的html路径FileInputStream fis = new FileInputStream(htmlpath);//使用Socket中的方法getOutputStream获取网络字节输出流OutputStream对象OutputStream os = socket.getOutputStream();// 写入HTTP协议响应头,固定写法os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());// 必须要写入空行,否则浏览器不解析os.write("\r\n".getBytes());//一读一写复制文件,把服务读取的html文件回写到客户端int len = 0;byte[] bytes = new byte[1024];while((len = fis.read(bytes))!=-1){os.write(bytes,0,len);}//释放资源fis.close();socket.close();}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}}).start();}//server.close();}
}