Java网络编程详解
内容:
1、网络通信协议
2、UDP与TCP
3、UDP通信
4、TCP通信
5、网络编程总结
1、网络通信协议
(1)基本概念
网络:由多台计算机以及外部设备连接起来的一个系统,我们称之为网络
通信协议:就像交通规则,规定网络上传输的数据的格式、大小、速度等
在我们现在的网络中都有哪些通信协议:
- TCP/IP
- UDP
- 其他协议
(2)TCP/IP
网络通信协议有很多种,目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protocal),
它是一个包括TCP协议和IP协议,UDP(User Datagram Protocal)协议和其它一些协议的协议组,在学习具体协议
之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。
在进行数据传输时,要求发送的数据与收到的数据完全一样,这时,就需要在原有的数据上添加很多信息,以保证数据在
传输过程中的数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单,共分为四层,如图所示:
上图中,TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层,每层分别负责不同的通信功能,详细解释:
- 链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网线提供的驱动。
- 网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。
- 运输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。
- 应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等
(3)IP地址和端口号
IP地址:网络中每一台计算机的逻辑标识
端口号:区分计算机中的不同程序(0到65535)
总结:当我们向别的计算机发送信息时我们可以通过IP地址找到计算机,通过端口号确定应用程序
(4)InetAddress类使用
了解了IP地址的作用,我们看学习下JDK中提供了一个InetAdderss类,该类用于封装一个IP地址,并提供了
一系列与IP地址相关的方法,下表中列出了InetAddress类的一些常用方法:
上图中,列举了InetAddress的四个常用方法:
- 前两个方法用于获得该类的实例对象,
- 第一个方法用于获得表示指定主机的InetAddress对象,
- 第二个方法用于获得表示本地的InetAddress对象。
- 另外通过InetAddress对象便可获取指定主机名,IP地址等
接下来通过一个案例来演示InetAddress的常用方法,如下所示:
import java.net.*; // INetAddress实例
public class INetAddressDemo {
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(local); // 打印格式: 用户名/IP地址
InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.baidu.com"); System.out.println("本机的IP地址:" + local.getHostAddress());
System.out.println("本机的主机名为: " + local.getHostName());
System.out.println("itcast的IP地址:" + remote.getHostAddress());
System.out.println("itcast的主机名为:" + remote.getHostName());
}
}
2、UDP与TCP
(1)UDP协议
UDP协议的特点是面向无连接的通信协议,不保证数据的完整性
即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另外一台计算机
发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在收到数据时,也不会向发送端
反馈是否收到数据,例如:我们的供屏软件。
这种协议既然有那么多缺点为什么还用它?
由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议
都使用UDP协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。
但在使用UDP协议传送数据时,由于UDP的面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时
不建议使用UDP协议。UDP的交换过程如下图所示。
(2)TCP协议
TCP协议的特点是面向连接的通信协议,保证数据的安全和完整性
即在传输数据前先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。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都
需要经过“三次握手”。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:
由于TCP协议的面向连接特性,它可以保证传输数据的安全性,所以是一个被广泛采用的协议,例如在下载文件时,
如果数据接收不完整,将会导致文件数据丢失而不能被打开,因此,下载文件时必须采用TCP协议
3、UDP通信
在UPD通信中有2个常用的类,一个是数据包类DatagramPacket,一个是数据包发送接收器类DatagramSocket
(1)DatagramPacket类
前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议,因此,在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像是
货运公司在两个码头间发送货物一样。在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装载货物,UDP通信也是一样,
发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包,为此JDK中提供了一个DatagramPacket类,该类的实例对象就相当于
一个集装箱,用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。
想要创建一个DatagramPacket对象,首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时,
使用的构造方法有所不同,接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据,而发送端的构造方法不但要
接收存放了发送数据的字节数组,还需要指定发送端IP地址和端口号。
构造方法如下:
常用方法如下:
(2)DatagramSocket类
DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”,可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有
“集装箱”是不够的,还需要有码头。在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行,为此JDK中
提供了DatagramSocket类,DatagramSocket类的作用就类似于码头,使用这个类的实例对象就可以发送和接收
DatagramPacket数据包,发送数据的过程如下图所示:
构造方法:
- 发送端:构造方法中可以指定端口号也可以不指定端口号
- 接收端:构造方法中必须要指定端口号
常用方法:
(3)UDP通信程序
大致过程如下所示:
发送端代码:
import java.net.*; /*
* 发送端:
* 1,创建DatagramSocket对象
* 2,创建DatagramPacket对象,并封装数据
* 3,发送数据
* 4,释放流资源
*/ public class UDPSender {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1,创建DatagramSocket对象
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
// 2,创建DatagramPacket对象,并封装数据
// 构造数据报包,用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
byte[] buffer = "hello, UDP".getBytes();
InetAddress ip = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
int port = 12345;
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, ip, port);
// 3,发送数据
ds.send(dp);
// 4,释放流资源
ds.close(); }
}
接收端代码:
import java.net.*; /*
* UDP接收端
*
* 1,创建DatagramSocket对象
* 2,创建DatagramPacket对象
* 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
* 4,获取DatagramPacket对象的内容
* 5,释放流资源
*/ public class UDPReceiver {
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 1,创建DatagramSocket对象,并指定端口号
int port = 12345;
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(port);
// 2,创建DatagramPacket对象, 创建一个空的仓库
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, 1024);
// 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
System.out.println("等待发送端发送数据...");
ds.receive(dp);
// 4,获取DatagramPacket对象的内容
InetAddress ipAddress = dp.getAddress();
String ip = ipAddress.getHostAddress();// 获取到了IP地址
// 发来什么数据 getData()以及发来多少数据 getLenth()
byte[] data = dp.getData();
int length = dp.getLength();
// 显示收到的数据
String dataStr = new String(data, 0, length);
System.out.println("IP地址:" + ip + "数据是" + dataStr);
// 5,释放流资源
ds.close(); }
}
4、TCP通信
TCP通信同UDP通信一样,都能实现两台计算机之间的通信,通信的两端都需要创建socket对象。
区别在于,UDP中只有发送端和接收端,不区分客户端与服务器端,计算机之间可以任意地发送数据
而TCP通信是严格区分客户端与服务器端,在通信时,必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信,
服务器端不可以主动连接客户端,并且服务器端程序需要事先启动,等待客户端的连接。
在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序,一个是Socket类,用于表示客户端,另一个是ServerSocket类,用于表示服务器端。
通信时,首先创建代表服务器端的ServerSocket对象,该对象相当于开启一个服务,并等待客户端的连接,
然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求,服务器端响应请求,两者建立连接开始通信。
(1)ServerSocket
构造方法:
常用方法:
ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号,在创建ServerSocket对象后,需要继续调用该对象的accept()方法,
接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后,服务器端程序会发生阻塞,直到客户端发出连接请求,accept()方法
才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信,程序才能继续向下执行。
(2)Socket
构造方法:
常用方法:
在Socket类的常用方法中,getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后,
数据是以IO流的形式进行交互的,从而实现通信。
接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输,如下图所示:
(3)TCP通信程序
服务器端:
/*
* TCP 服务器端
*
* 1,创建服务器ServerSocket对象(指定服务器端口号)
* 2,开启服务器了,等待客户端的连接,当客户端连接后,可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
* 3,给客户端反馈信息
* 4,关闭流资源
*/ import java.io.*;
import java.net.*; public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1,创建服务器ServerSocket对象(指定服务器端口号)
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
//2,开启服务器了,等待客户端的连接,当客户端连接后,可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
Socket s = ss.accept();
//3,给客户端反馈信息
/*
* a,获取客户端的输出流
* b,在服务端端,通过客户端的输出流写数据给客户端
*/
//a,获取客户端的输出流
OutputStream out = s.getOutputStream();
//b,在服务端端,通过客户端的输出流写数据给客户端
out.write("你已经连接上了服务器".getBytes());
//4,关闭流资源
out.close();
s.close();
//ss.close(); 服务器流 通常都是不关闭的
} }
客户端:
/*
* TCP 客户端
*
* 1,创建客户端Socket对象,(指定要连接的服务器地址与端口号)
* 2,获取服务器端的反馈回来的信息
* 3,关闭流资源
*/ import java.io.*;
import java.net.*; public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1,创建客户端Socket对象,(指定要连接的服务器地址与端口号)
Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888);
// 2,获取服务器端的反馈回来的信息
InputStream in = s.getInputStream();
// 把流中的数据存储到数组中,并记录读取字节的个数
byte[] buffer = new byte[1024];
int length = in.read(buffer);
// 显示数据
InetAddress ip = s.getInetAddress();
System.out.println(ip + new String(buffer, 0, length));
// 3,关闭流资源
in.close();
s.close(); }
}
服务端和客户端:
(4)文件上传案例
文件上传大致过程:
import java.io.*;
import java.net.*; public class FileUploadServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1,创建服务器,等待客户端连接
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
//显示哪个客户端Socket连接上了服务器
InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象
String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串
System.out.println("客户端的IP:" + ip); //2,获取Socket的输入流
InputStream in = clientSocket.getInputStream();
//3,创建目的地的字节输出流
BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\upload\\" + System.currentTimeMillis() + ".jpg"));
//4,把Socket输入流中的数据,写入目的地的字节输出流中
byte[] buffer = new byte[1024];
int len = -1;
while((len = in.read(buffer)) != -1){
//写入目的地的字节输出流中
fileOut.write(buffer, 0, len);
} //-----------------反馈信息---------------------
//5,获取Socket的输出流, 作用:写反馈信息给客户端
OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();
//6,写反馈信息给客户端
out.write("图片上传成功".getBytes()); out.close();
fileOut.close();
in.close();
clientSocket.close();
//serverSocket.close();
} }
import java.io.*;
import java.net.*; public class FileUploadClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1,创建客户端Socket,连接服务器
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
// 2,获取Socket流中的输出流,功能:用来把数据写到服务器
OutputStream out = socket.getOutputStream();
// 3,创建字节输入流,功能:用来读取数据源(图片)的字节
BufferedInputStream fileIn = new BufferedInputStream(
new FileInputStream("D:\\test.jpg"));
// 4,把图片数据写到Socket的输出流中(把数据传给服务器)
byte[] buffer = new byte[1024];
int len = -1;
while ((len = fileIn.read(buffer)) != -1) {
// 把数据写到Socket的输出流中
out.write(buffer, 0, len);
}
// 5,客户端发送数据完毕,结束Socket输出流的写入操作,告知服务器端
socket.shutdownOutput(); // -----------------反馈信息---------------------
// 6,获取Socket的输入流 作用: 读反馈信息
InputStream in = socket.getInputStream();
// 7,读反馈信息
byte[] info = new byte[1024];
// 把反馈信息存储到info数组中,并记录字节个数
int length = in.read(info);
// 显示反馈结果
System.out.println(new String(info, 0, length)); // 8,关闭流
in.close();
fileIn.close();
out.close();
socket.close();
} }
5、网络编程总结
(1)基础知识
- IP地址:用来唯一表示我们自己的电脑的,是一个网络标示
- 端口号: 用来区别当前电脑中的应用程序的
- UDP: 传送速度快,但是容易丢数据,如视频聊天,语音聊天
- TCP: 传送稳定,不会丢失数据,如文件的上传、下载
(2)UDP程序交互的流程
发送端:
1,创建DatagramSocket对象
2,创建DatagramPacket对象,并封装数据
3,发送数据
4,释放流资源
接收端:
1,创建DatagramSocket对象
2,创建DatagramPacket对象
3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
4,获取DatagramPacket对象的内容
5,释放流资源
(3)TCP程序交互的流程
客户端:
1,创建客户端的Socket对象
2,获取Socket的输出流对象
3,写数据给服务器
4,获取Socket的输入流对象
5,使用输入流,读反馈信息
6,关闭流资源
服务器端:
1,创建服务器端ServerSocket对象,指定服务器端端口号
2,开启服务器,等待着客户端Socket对象的连接,如有客户端连接,返回客户端的Socket对象
3,通过客户端的Socket对象,获取客户端的输入流,为了实现获取客户端发来的数据
4,通过客户端的输入流,获取流中的数据
5,通过客户端的Socket对象,获取客户端的输出流,为了实现给客户端反馈信息
6,通过客户端的输出流,写数据到流中
7,关闭流资源
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