Java 网络编程

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网络编程

  • 一、了解网络
    • 网络的概念
    • 二、网络编程的三要素
      • 网络模型
        • OSI参考模型
        • TCP/IP参考模型
        • IP地址
          • IP地址的表示方法
          • IP地址的分类
          • 特殊的IP地址
          • IP地址所对应的对象（InetAddress）
          • 端口
          • 传输协议
          • 三、Socket套接字
            • 基于TCP协议的Socket编程
            • Socket中实现对象的传递
            • 基于UDP协议的Socket编程

              一、了解网络

              网络的概念

              • 网络：一组相互连接的计算机

                1、多台计算机组成。

                2、使用物理线路进行连接。

                Java 网络编程

                二、网络编程的三要素

                1. IP地址：唯一标识网络上的每台计算机；是两台计算机之间通信的必备要素。
                2. 端口号：计算机中应用的标号：代表一个应用程序）；0-1024系统使用或保留端口，有效端口0-65536.
                3. 通信协议：通信的规则，包含TCP和UDP。

                  Java 网络编程

                1. 网络中的每台计算机都有一个唯一的IP地址，网络通过IP地址进行通信。
                2. 计算机A使用QQ与外界交流，那么计算机B的使用者只能通过QQ去解析对方发来的信息，计算机中有那么多的应用程序，使用数字来对这些网络应用程序做标识，这些数字形象的称之为端口号。
                3. 通信之间必须使用相同的规则，这些规则叫协议，国际通用协议TCP/UDP。

                网络模型

                OSI参考模型

                开放系统互连参考模型（Open System Interconnect）

                Java 网络编程

                TCP/IP参考模型

                传输控制/国际协议（Transfer Controln Protocol/Internet Protocol）

                Java 网络编程

                IP地址

                IP地址的表示方法

                IP地址：32位，由4个8位二进制数组成。

                IP表示方法：点分十进制。

                Java 网络编程

                IP地址=网络ID+主机ID

                • 网络ID：标识计算机或网络设备所在的网段。
                • 主机ID：标识特定主机或网络设备。

                  IP地址的分类

                  地址类用于指定网络ID并在网络ID和主机ID之间提供分隔方法。

                  IANA负责分配A、B、C类网络地址，具体主机地址由机构组织自行分配。

                  IP地址类分类：

                  1. A类：一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，它主要为大型网络而设计的，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围从1.0.0.0 到127.0.0.0）。可用的A类网络有127个，每个网络能容纳16777214个主机。
                  2. B类：一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机 。
                  3. C类：一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。
                  4. D类： D类IP地址是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播 。
                  5. E类：以“llll0”开始，为将来使用保留。240.0.0.0到255.255.255.254，255.255.255.255用于广播地址。

                  注：在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：

                  A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255

                  B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255

                  C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

                  特殊的IP地址

                  0.0.0.0：本机。

                  127.0.0.1：本机回环地址，用于本机测试。

                  255.255.255.255：当前子网，一般用于向当前子网广播信息。

                  IP地址所对应的对象（InetAddress）

                  Java 网络编程

                  方法描述
                  public static InetAddress getLocalhost( )获取主机名和IP地址
                  public String getHostAddress( )获取IP地址
                  public String getHostName( )获取主机名
                  public static InetAddress getByName(String host)根据主机名获得IP地址

                  示例代码：

                  public class InteAddressDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost);
        InetAddress inetAdd = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(inetAdd);
        System.out.println(inetAdd.getHostAddress());
        System.out.println(inetAdd.getHostName());
    }
}
/*  输出的结果是：
	// 此行会输出你的主机名和IP地址我就不漏出我的主机命和IP地址了
	www.baidu.com/183.2.172.42
	183.2.172.42
	www.baidu.com
*/

                  端口

                  端口：port

                  端口是虚拟的概念，并不是说在主机上真的有若干个端口。通过端口，可以在一个主机上运行多个网络应用程序。

                  传输协议

                  • UDP：相当于发短信（有字数限制），不需要建立连接，数据报的大小在64k内，效率较高，但不安全，容易丢包。
                  • TCP：相当于打电话，需要建立连接，效率相对比较低，数据传输安全，三次握手完成。（点名–》答到–》确认）

                    三、Socket套接字

                    • 网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个Socket。
                    • Java中使用Socket完成TCP程序的开发，使用此类可以方便的建立可靠的、双向的、持续性的、点对点的通讯连接。
                    • 在Socket的程序开发中，服务器端使用ServerSocket等待客户端的连接，对于Java的网络程序来讲，每个客户端都使用一个Socket对象表示。

                      Java 网络编程

                      基于TCP协议的Socket编程

                      进行网络通信时，Socket需要借助数据流来完成数据的传递工作。

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                      演示案例： 互相传输一句话。

                      服务器端：

                      import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建serverSocket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10000);
        //获取服务端的套接字对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //--------------------接收客户端的输入---------------
        //获取输入流对象
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int length = inputStream.read(buf);
        System.out.println("客户端传输的数据是：" + new String(buf,0,length));
        //------------------返回客户端数据------------------
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("你好，收到".getBytes());
        //关闭流操作
        outputStream.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}
// 输出的结果是：
// 客户端传输的数据是：hello java

                      客户端：

                      import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端的套接字
        Socket client = new Socket("127.0.0.1",10000);
        //------------------------向外进行输出------------------
        //获取输出流对象
        OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
        //数据输出
        outputStream.write("hello java".getBytes());
        //------------------------接收服务端返回的消息-------------
        //获取输入流对象
        InputStream inputStream = client.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int length = inputStream.read(buf);
        System.out.println("服务端的响应数据是：" + new String(buf,0,length));
        //关闭流操作
        inputStream.close();
        outputStream.close();
        client.close();
    }
}
// 输出的结果是：
// 服务端的响应数据是：你好，收到

                      演示案例： 客户端向服务器端提交一张照片。

                      服务器端：

                      import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class PicServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务端对象，开放端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10086);
        //创建服务器的Socket
        Socket server = serverSocket.accept();
        //获取输入流对象
        InputStream inputStream = server.getInputStream();
        //创建文件输出流对象
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("2.jpg");
        int temp = 0;
        while ((temp = inputStream.read()) != -1){
            fileOutputStream.write(temp);
        }
        //添加流输出完成的标志
        server.shutdownInput();
        //上传图片结束之后给予客户端响应
        OutputStream outputStream = server.getOutputStream();
        outputStream.write("上传成功".getBytes());
        server.shutdownOutput();
        //关闭流
        outputStream.close();
        fileOutputStream.close();
        inputStream.close();
        server.close();
        serverSocket.close();
    }
}

                      客户端：

                      import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
public class PicClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建图片的输入流对象
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("1.jpg");
        //创建Socket
        Socket client = new Socket("localhost",10086);
        //获取输出流对象
        OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
        int temp = 0;
        while ((temp = fileInputStream.read()) != -1){
            outputStream.write(temp);
        }
        client.shutdownOutput();
        //接收服务端的响应
        InputStream inputStream = client.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int length = inputStream.read(buf);
        System.out.println(new String(buf,0,length));
        client.shutdownInput();
        //关闭流操作
        inputStream.close();
        outputStream.close();
        client.close();
        fileInputStream.close();
    }
}

                      注意： 要先启动服务器端再启动客户端。

                      Socket中实现对象的传递

                      如何传递对象信息呢？

                      String info = "用户名：Lisi;用户密码：123456";
outputStream.write(info.getBytes());

                      序列化

                      User user = new User();// User是用户类
user.setLoginName("Lisi");
user.setPassword("123456");
oos.writeObject(user);

                      演示案例： 实现用户登录。

                      • 方法一

                        用户类： 

                        import java.io.Serial;
import java.io.Serializable;
public class User implements Serializable {
    @Serial// 指定序列化版本号
    private static final long serialVersionUID = -8254223107980283532L;
    private String username;
    private String password;
    public User() {
    }
    public User(String username, String password) {
        this.username = username;
        this.password = password;
    }
    public String getUsername() {
        return username;
    }
    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
    public String getPassword() {
        return password;
    }
    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

                        服务器端：

                        import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class LoginServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10000);
        while (true){
            Socket server = serverSocket.accept();
            //获取输入流对象
            InputStream inputStream = server.getInputStream();
            //需要使用ObjectInputStream对象
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);
            User user = (User) objectInputStream.readObject();
            String str = "";
            if ("lyf".equals(user.getUsername()) && "lyf".equals(user.getPassword())){
                str = "登录成功";
                System.out.println("欢迎您：" + user.getUsername());
            } else {
                str = "登录失败";
            }
            //截断输入流
            server.shutdownInput();
            //给客户端响应
            DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            dataOutputStream.writeUTF(str);
            server.shutdownOutput();
            //关闭流操作
            dataOutputStream.close();
            objectInputStream.close();
            inputStream.close();
            server.close();
        }
    }
}
// 输出的结果是：
// 欢迎您：lyf

                        客户端：

                        import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class LoginClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket client = new Socket("localhost",10000);
        OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
        //完成用户登录功能，需要传输一个user对象
        User user = getUser();
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream);
        objectOutputStream.writeObject(user);
        //调用shutdown方法告诉对方传输完成
        client.shutdownOutput();
        //接收响应
        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(client.getInputStream());
        String str = dataInputStream.readUTF();
        System.out.println(str);
        //关闭流操作
        dataInputStream.close();
        objectOutputStream.close();
        outputStream.close();
        client.close();
    }
    public static User getUser(){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入用户名：");
        String username = scanner.nextLine();
        System.out.println("请输入密码：");
        String password = scanner.nextLine();
        return new User(username,password);
    }
}
/*
请输入用户名：
lyf
请输入密码：
lyf
输入正确的用户名和密码后会返回：登录成功
*/
                        • 方法二

                          用户类： 

                          import java.io.Serial;
import java.io.Serializable;
public class User implements Serializable {
    @Serial// 指定序列化版本号
    private static final long serialVersionUID = -8254223107980283532L;
    private String username;
    private String password;
    public User() {
    }
    public User(String username, String password) {
        this.username = username;
        this.password = password;
    }
    public String getUsername() {
        return username;
    }
    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
    public String getPassword() {
        return password;
    }
    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

                          服务器端：

                          import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class LoginServer2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10000);
        while (true){
            Socket socket = serverSocket.accept();
            LoginThread loginThread = new LoginThread(socket);
            new Thread(loginThread).start();
        }
    }
}
// 输出的结果是：
// 欢迎您：lyf

                          线程类：

                          import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.net.Socket;
public class LoginThread implements Runnable{
    private Socket socket;
    public LoginThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        ObjectInputStream objectInputStream = null;
        DataOutputStream dataOutputStream = null;
        try {
            objectInputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
            User user = (User) objectInputStream.readObject();
            String str = "";
            if ("lyf".equals(user.getUsername()) && "lyf".equals(user.getPassword())){
                str = "登录成功";
                System.out.println("欢迎您：" + user.getUsername());
            } else {
                str = "登录失败";
            }
            socket.shutdownInput();
            dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            dataOutputStream.writeUTF(str);
            socket.shutdownOutput();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            try {
                dataOutputStream.close();
                objectInputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

                          客户端：

                          import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class LoginClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket client = new Socket("localhost",10000);
        OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
        //完成用户登录功能，需要传输一个user对象
        User user = getUser();
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream);
        objectOutputStream.writeObject(user);
        //调用shutdown方法告诉对方传输完成
        client.shutdownOutput();
        //接收响应
        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(client.getInputStream());
        String str = dataInputStream.readUTF();
        System.out.println(str);
        //关闭流操作
        dataInputStream.close();
        objectOutputStream.close();
        outputStream.close();
        client.close();
    }
    public static User getUser(){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入用户名：");
        String username = scanner.nextLine();
        System.out.println("请输入密码：");
        String password = scanner.nextLine();
        return new User(username,password);
    }
}
/*
请输入用户名：
lyf
请输入密码：
lyf
输入正确的用户名和密码后会返回：登录成功
*/

                          上述两种方法都能实现客户端与服务器端之间的用户登录效果。

                          基于UDP协议的Socket编程

                          TCP和UDP之间的区别：

                          1、TCP协议通信双方需要建立连接，而UDP协议通信双方不需要建立连接。

                          2、TCP协议通信双方连接建立时双方存在主次之分，而UDP协议通信双方完全平等。

                          Java 网络编程

                          示例代码：

                          服务器端：

                          import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(10001);
        byte[] buf = new byte[1024];
        //用来接收传输过来的数据
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(buf,buf.length);
        //利用创建好的数据报包对象来接收数据
        datagramSocket.receive(datagramPacket);
        //打印输出信息
        System.out.println(new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength()));
        datagramSocket.close();
    }
}
// 接收客户端控制台上传输过来的数据并打印

                          客户端：

                          import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Scanner;
public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建udp通信的socket
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(10000);
        //从控制台读取数据
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String str = scanner.nextLine();
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.getBytes().length, InetAddress.getByName("localhost"),10001);
        datagramSocket.send(datagramPacket);
        datagramSocket.close();
    }
}
// 在客户端的控制台上输入数据
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