Java：网络编程

1. 网络编程概述

Java是Internet上的语言，它从语言级上提供了对网络应用程序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序

Java提供的网络类库，可以实现无痛的网络连接，联网的底层细节被隐藏在 Java 的本机安装系统里，由JVM进行控制

并且Java实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境

网络编程的目的在于：直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯

网络编程中的两个主要问题：

  • 如何准确地定位网络上一台或多台主机；定位主机上的特定的应用
  • 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

2. 网络通信要素

2.1 通信要素概述

网络通信中的两个要素：

  • IP和端口号：解决确认主机和定位主机上的特定应用问题
  • 网络通信协议：解决可靠高效数据传输问题

2.2 通信要素1：IP和端口号

IP地址

  • 每个主机都有自己的IP地址和域名，两个都可以确定一个主机，只是表现方式不同
  • 本机的IP地址可以用"127.0.0.1"表示
  • Java中用InetAddress类表示IP类，其构造器被私有化，只能用静态方法实例化：getByName()、getLocalHost()
  • 有两个常用方法：getHostName()、getHostAddress()
//导入的包有：import java.net.InetAddress;import java.net.UnknownHostException;

public class InteAdressTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //实例化可以填入IP地址
            InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("192.168.10.14");
            System.out.println(inet1);

            //实例化可以填入域名
            InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
            System.out.println(inet2);

            //实例化可以填入本机地址
            InetAddress inet3 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            System.out.println(inet3);

            //获取本地IP
            InetAddress inet4 = InetAddress.getLocalHost();
            System.out.println(inet4);

            //getHostName():获取域名
            System.out.println(inet2.getHostName());

            //getHostAddress():获取IP地址
            System.out.println(inet2.getHostAddress());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

端口号

  • 端口号标识正在计算机上运行的进程（程序）
  • 不同的进程有不同的端口号
  • 被规定为一个16位的整数0~65535
  • 端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket

2.3 通信要素2：网络协议

计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。

其中传输层中有两个非常重要的协议：

  1. 传输控制协议TCP：

    • 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
    • 传输前，采用"三次握手"方式，点对点通信，是可靠的
    • TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端
    • 传输完毕，需释放已建立的连接，采用"四次挥手"，开销大

  1. 用户数据包协议UDP：

    • 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
    • 每个数据报的大小限制在64K内
    • 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
    • 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

3. TCP网络编程

3.1 TCP举例1

实现：客户端发送信息给服务端，服务端将数据显示在控制台

//导入的包有：import org.junit.Test;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.net.InetAddress;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;

public class TCPTest1 {
    //客户端
    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            //1.创建Socket对象，指明服务器端的IP和端口号
            InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            socket = new Socket(inet,8899);

            //2.获取一个输出流，用于输出数据
            os = socket.getOutputStream();
            //3.写出数据操作
            os.write("你好，我是客户端".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.资源的关闭
            if(os != null){
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    //服务器端
    @Test
    public void server() {
        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            //1.创建服务器端的ServerSocket，指明自己的端口号
            ss = new ServerSocket(8899);
            //2.调用accept()表示接收来自客户端的socket
            socket = ss.accept();
            //3.获取数据流
            is = socket.getInputStream();

            //4.读取输入流中的数据
            //使用ByteArrayOutputStream不会导致乱码
            baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                baos.write(buffer,0,len);
            }
            System.out.println(baos.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(baos != null){
                //5.关闭资源
                try {
                    baos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(is != null){
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(ss != null){
                try {
                    ss.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

3.2 TCP举例2

实现：客户端发送文件给服务端，服务端将文件显示在保存在本地

//导入的包有：import org.junit.Test;import java.io.*;import java.net.InetAddress;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;

public class TCPTest2 {
    //服务端
    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        FileInputStream fis = null;
        try {
            //1.创建套接字，指明IP和端口
            socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9090);
            //2.创建输出流
            os = socket.getOutputStream();
            //3.创建输入流读取数据
            fis = new FileInputStream(new File("001.png"));
            //4.读写操作
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){
                os.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fis != null){
                //5.关闭资源
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(os != null){
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    //客户端
    @Test
    public void server(){
        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            //1.创建服务端套接口，指明端口号
            ss = new ServerSocket(9090);
            //2.获取客户端Socket
            socket = ss.accept();
            //3.获取客户端输入流
            is = socket.getInputStream();
            //4.保存资源到本地
            fos = new FileOutputStream(new File("002.png"));
            //5.读写过程
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fos != null){
                //6.关闭资源
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(is != null){
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(ss != null){
                try {
                    ss.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

3.3 TCP举例3

实现：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端，并关闭相应的连接

//导入的包有：import org.junit.Test;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;

public class TCPTest3 {
    //服务端
    @Test
    public void client(){
        //在举例2的基础上添加操作，在第4步读写操作后插入第5步
        //5.接收来自于服务器端的数据，并显示到控制台上
        //关闭数据的输出
        socket.shutdownOutput();
        InputStream is = socket.getInputStream();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buffer = new byte[20];
        int len1;
        while((len1 = is.read(buffer)) != -1){
            baos.write(buffer,0,len1);
        }
        System.out.println(baos.toString());
    }
    //客户端
    @Test
    public void server(){
        //在举例2的基础上添加操作，在第5步读写操作后插入第6步
        //6.服务端给予客户端反馈
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("你好，我已收到信息".getBytes());
    }
}

4. UDP网络编程

实现：发送端发送一段文字给接收端

//导入的包有：import org.junit.Test;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.InetAddress;import java.net.SocketException;

public class UDPTest {
    //发送端
    @Test
    public void sender() throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

        String str = "我是发送端";
        byte[] data = str.getBytes();
        InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,0,data.length,inet,9090);

        socket.send(packet);

        socket.close();
    }
    //接收端
    @Test
    public void receiver() throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);

        byte[] buffer = new byte[100];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,0,buffer.length);

        socket.receive(packet);

        System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));

        socket.close();
    }
}

5. URL编程

URL：统一资源定位符，它表示Internet上某一资源的地址。

通过 URL 我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 www站点。浏览器通过解析给定的URL可以在网络上查找相应的文件或其他资源。

URL的基本结构由5部分组成： <传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表

//导入的包有：import java.net.MalformedURLException;import java.net.URL;

public class URLTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            URL url = new URL("http://Localhost:8e8e/exampLles/beauty.jpg?username=Tom");
//        public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
            System.out.println(url.getProtocol());
//        public String getHost( ) 获取该URL的主机名
            System.out.println(url.getHost());
//        public String getPort( ) 获取该URL的端口号
            System.out.println(url.getPort());
//        public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
            System.out.println(url.getPath());
//        public String getFile( ) 获取该URL的文件名
            System.out.println(url.getFile());
//        public String getQuery( ) 获取该URL的查询名
            System.out.println(url.getQuery());
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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