Java网络编程（精简版）

Java网络（精简版）

一、网络编程基础

什么是计算机网络？

计算机网络是指两台或更多的计算机组成的网络，在同一个网络里，任意两台计算机都可以直接通信，因为所有的计算机都遵从同一种网络协议。
网络编程主要问题：
- 如何准确的定位网络上一台或多台主机
- 找到主机后如何可靠高效的进行数据传输
编写网络通讯程序有两种做法
- TCP：基于传输控制协议
- UDP：基于用户数据报协议
网络协议简介：
- IP：Internet Protocol，分组交换协议。只负责发送数据包，不保证可靠传输。
- TCP：
  
  Transport Control Protocol，传输控制协议。建立在 IP协议之上，负责控制数据包传输，但是在传输数据之前需要先建立连接。
- UDP：
  
  User Datagram Protocol，数据报文协议。UDP协议在通信之前不需要建立连接，属于无连接协议；传输效率高、使用简单，但数据传输不可靠，常用于对数据丢失容忍度较高的场景，如视频、音频会议。
端口说明：

UDP端口和 TCP端口虽然都使用 0 ~ 65535，但他们是两套独立的端口，一个应用程序通过TCP协议占用了 1234端口，不影响另一个应用程序通过 UDP协议占用 1234端口。

TCP与 UDP的对比：

\	TCP	UDP
可靠性	可靠	不可靠
连接性	面向连接	无连接
报文	面向字节流	面向报文
传输效率	低	高
双工性	全双工	一对一、一对多、多对多
流量控制	滑动窗口	无
拥塞程度	慢开始、拥塞避免、快恢复	无
传输速率	慢	快
应用场景	效率要求低、准确性要求高	效率要求高、准确性要求低

名词解释：

面向字节流：应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），TCP把这些数据块看成是一连串无结构的字节流。TCP有一个缓冲，当应用程序传送的数据块太长，TCP就会把它分割成多块传送。
面向报文：应用层交给 UDP多长的报文，UDP就发送多长的报文，即一次发送一个报文。因此应用程序必须选择大小合适的报文。报文太长，则IP层需要分片，降低效率。
全双工：指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行。
半双工：指一个时间段内只有一个动作发生。

TCP/IP协议说明：

因为 TCP/IP协议使用广泛，所以现在常用 TCP/IP来泛指互联网协议，而不仅仅是单指这两个协议。
IP地址说明：
- 在互联网中，IP地址用于标识网络接口（Network Interface）。
- 每台接入互联网的计算机至少拥有一个 IP地址，具体决定于网卡数量。
- 本机 IP地址为：127.0.0.1，也就是 hosts映射文件中的 localhost。
- 公网 IP可以被直接访问，内网 IP只能在内网访问，如 192.168.0.8。
- IPv4：采用 32位地址，分为 4组 8位数据8位 : 8位 : 8位 : 8位
  
  范围：0 ~ 255，地址总数有 2³²（大约 42亿）个，目前已耗尽。
- IPv6：采用 128位地址，分为 8组 16位数据16位 : 省略6部分 : 16位
  
  范围：0000~FFFF，地址总数 2¹³⁸（大约 340万亿亿亿亿），现阶段用不完。
每台计算机的网卡都有 3个关键配置：
- IP地址
- 子网掩码
- 网关 IP地址
网关说明：

是什么？路由器或者交换机。
作用：负责连接多个网络，把一个网络的数据包发送到另一个网络（路由过去）。

计算机网络号：
- 简介：
  
  拥有相同计算机网络号的设备处于同一个网络之中，可以直接通信；否则只能借助网关等设备进行间接通信。
- 获得方式：根据每台计算机的 IP地址、子关掩码进行计算。
```
IP = 101.202.99.2
Mask = 255.255.255.0
Network = IP & Mask = 101.202.99.0
```
域名说明
- 直接记忆 IP地址非常困难。
- 域名是 IP地址的抽象表达形式。
- DNS：Domain Name Server，域名解析服务器负责把域名解析成客户端可以访问的 IP地址。
- nslookup指令：Name Server Lookup，解析域名。
```
❯ nslookup www.thinkstu.com
Server:     8.8.8.8
Address:    8.8.8.8#53Non-authoritative answer:
Name:   www.thinkstu.com
Address: 39.107.99.33
```
OSI网络模型与 TCP/IP网络模型
- OSI（七层）：Open System Interconnect，ISO组织定义的计算机互联标准模型，目的是简化网络各层的操作、提供标准接口便于实现和维护。但 OSI只是理论模型，未被实际运用。
- TCP/IP（五层）：广泛运用，成为事实上的标准。
浏览器访问网页原理：
- 浏览器希望访问某个网站
- 两者通过 80端口或者 443端口建立 TCP连接
- 浏览器向服务器发送 HTTP请求
- 服务器收到请求，返回 HTTP响应（包含网页内容）
- 浏览器解析内容（渲染 HTML页面）
Java中的网络功能类：
- **应用层：**URL、URLConnection
- **传输层：**Socket、ServerSocket、DatagramPacket、DatagramSocket、MulticastSocket
- **IP层：**InetAddress
Java网络编程的主要方式：
- 基于 URL网络连接。
- 基于套接字 Socket通信。
- 基于 UDP数据报通信。

二、TCP编程

Socket简介
- Socket = IP地址 + 端口。
- IP对应主机，端口对应主机上的监听程序。
- 应用程序通过 Socket建立连接，具体网络功能由操作系统底层实现，Java只提供封装。
- 这里说的是操作系统层面的 Socket，不是 Java封装的 Socket类。
- 端口号由操作系统分配，范围是 0 ~ 65535 （2¹⁶-1）。
- 小于 1024的端口属于特权端口，需要管理员权限。
- 大于 1024的端口可以任意使用。
- 每个 Socket都持有输入流、输出流。
TCP编程简介：
- 服务器端：主动监听指定端口；Socket = 自身IP地址 + 指定端口号。
- 客户端：主动连接服务器；Socket = 自身IP地址 + 操作系统随机分配的端口号。
Java类介绍：
- ServerSocket：用于服务端程序
- Socket：用于服务端与客户端程序
Java Socket类

构造方法：
- Socket(String host, int port) 使用指定端口和主机，向服务器发起连接，若成功创建socket对象，否则抛出异常。
- Socket(InetAddress address, int port) 使用InetAddress对象所表示的端口和IP地址，向服务器发起连接，若成功创建socket对象，否则抛出异常。
常用方法：
```
public InputStream getInputStream ( )
public OutputStream getOutputStream ( )
public void close ( )
public InetAddress getInetAddress ( )
public int getPort ( )
public int getLocalPort ( )
public void setSoTimeout ( int timeout )
```
Java ServerSocket类

构造方法：
- public ServerSocket ( int port )：在指定的端口创建一个倾听套接字，默认可接收50个客户端连接。
- public ServerSocket ( int port, int backlog )支持指定数目的连接
- public ServerSocket ( int port, int backlog, InetAddress bindAddr )：bindAddr用于绑定服务器端程序所使用的IP地址。
常用方法：
- public Socket accept ( ) ：监听客户端连接请求，等待客户端的连接。accept ( ) 方法调用后，服务器程序将处于堵塞状态，直到监听到客户端连接，返回一个新创建的Socket对象。接下来利用这个返回的Socket对象与客户端进行数据收发。
- public void **setSoTimeout **( int timeout ) ：设置accept ( )方法等待连接的时间为 timeout毫秒。若时间已到，还没有客户机连接，则抛出InterruptedIOException异常，accept ( )方法不再阻塞，该 Socket可继续使用。若timeout值为0，则表示accept ( )永远等待。注：该方法必须在倾听Socket创建后，在accept ( )之前调用才有效。
- public void close ( )：关闭Socket。

服务器端编程

SocketServer：监听 6666端口。
ss.accept ( )：堵塞，无限期监听客户连接；每当有新的客户端连接进来后，就创建新的 Socket实例。
Thread：并发处理。

public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);while(true){Socket socket = ss.accept ( );Thread t = new Handler(socket);t.start ( );
}}}class Handler extends Thread {Socket socket;public Handler(Socket sock) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run ( ) {}
}

客户端编程

建立连接，等待消息。
连接失败会直接抛出异常，可以在异常中写入操作。

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket sock = new Socket("localhost", 6666); try (InputStream input = sock.getInputStream ( )) {handle(input);}sock.close ( );}private void handle(InputStream input) throws IOException {}
}

Socket输入流、输出流
- 客户和服务器通过 OutputStream和 InputStream对象进行通信
- 输出流flush ( )方法能够让数据立马得到刷新。

三、UDP编程

Java类简介：
- 网络连接：DatagramSocket
- 数据存储：DatagramPacket
服务器端：
- DatagramSocket：监听 6666端口。
- DatagramPacket：buffer存储数据；getOffset ( )、getLength ( )指定起始位置和长度。
- 服务器可以通过 DatagramPacket对象获取客户端地址。
```
packet.getSocketAddress ( )  //获取客户端地址
```
客户端：与服务器端大体一致细微不同。
- 创建 DatagramSocket实例时不需要指定端口，操作系统自动分配空闲端口。
- setSoTimeout(1000)：超时时间为 1秒。当客户端接发送数据包后，等待响应时长为 1秒，节省客户端资源（默认永远等待，浪费资源）。
- connect ( )：UDP协议属于无连接协议，这里并非真的连接，而是 Java内置安全检查机制的要求。其会在客户端 DatagramSocket实例中保存服务器端的 IP和端口号，确保当前实例只能往指定的地址和端口发送数据包，不能往其他地址和端口发送。
- 如果客户端希望向两个不同的服务器发送 UDP包，必须创建两个DatagramSocket实例。
- 如果客户端认为通信结束，可以调用disconnect ( )断开连接。

四、Email详解

1️⃣. 发送 Email

简介：发送邮件，需要导 pom包。
三个名词：
- MUA：Mail User Agent，用户邮件代理（主要编程此）
- MTA：Mail Transfer Agent，转发邮件代理（现成）
- MDA：Mail Delivery Agent，接受邮件代理（现成）
端口说明：

MUA 到 MTA发送邮件的协议是 SMTP协议（Simple Mail Transport Protocol），使用标准端口 25，也可以使用加密端口 465或 587。
SMTP协议简介：

建立在TCP之上，任何程序发送邮件都必须遵守 SMTP协议。

Java提供 JavaMail API接口，实现了 SMTP协议。
具体实现略。

2️⃣. 接收 Email

简介：

从 MDA服务器上抓取邮件到本地，所使到用的协议可以是 POP3或者 IMAP。
POP3协议：

Post Office Protocol version 3，建立在TCP连接之上。

标准端口 110，加密端口 995。
IMAP协议：

Internet Mail Access Protocol，建立在TCP连接之上。

标准端口 143，加密端口 993。
POP3协议与 IMAP协议：
- 使用方法类似。
- IMAP协议：本地所有操作都会自动同步到服务器上，允许用户在邮件服务器的收件箱中创建文件夹。
- POP3协议：正好相反。
具体实现略。

五、其他 Java类

URL

提供方法openStream ( )，读取 URL对象所指定的资源。
URLConnection

提供的信息比 URL类多，除了可以获取资源数据外，还可以提供资源长度、资源发送时间、资源最新更新时间、资源编码、资源的标题等许多信息。当与 URL建立连接时，首先要在一个URL对象上通过方法 openConnection ( )生成对应的URLConnection对象。
URL与URLConnection区分
- URL：方法openStream ( ) 只能从网络上读取的数据。
- URLConnection：可以在应用程序和URL资源之间进行交互，既可以从URL中读取数据，也可以向URL中发送数据
InetAddress

（构造方法不公开，对象通过静态方法获取）
- 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其IP地址所组成的数组。
- InetAddress getByAddress ( byte[ ] addr )：在给定原始IP地址的情况下，返回 InetAddress 对象。
- InetAddress getByAddress ( String host, byte[ ] addr )：根据提供的主机名和IP地址创建InetAddress。
- InetAddress getByName ( String host )：在给定主机名的情况下确定主机的IP地址。
- InetAddress getLocalHost ( )：返回本地主机地址。

附录

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Java网络编程（精简版）

Java网络（精简版）

一、网络编程基础

二、TCP编程

三、UDP编程

四、Email详解

1️⃣. 发送 Email

2️⃣. 接收 Email

五、其他 Java类

附录

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