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Java学习网络编程

网络通信协议

通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，在计算机网络中这些连接和通信的规则就被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

网络通信协议中目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protoal传输控制协议/英特网互联协议)，它是一个包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocol）协议和其它一些协议的协议组。

TCP/IP协议的层次结构

TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层、链路层

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，将分组的数据进行发送到目标计算机或者网络。

传输层：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

IP地址和端口号

要想使网络中的计算机能够进行通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号指定接收数据的计算机或者发送数据的计算机

在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机，目前，IP地址广泛使用的版本是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，如：00001010000000000000000000000001。由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式，每个字节用一个十进制数字(0-255)表示，数字间用符号“.”分开，如 “192.168.1.100”。

随着计算机网络规模的不断扩大，对IP地址的需求也越来越多，IPV4这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭，因此IPv6 便应运而生了，IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约是IPv4的8×10²⁸倍，达到2¹²⁸个（算上全零的），这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。在计算机中，不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节（16位的二进制数）表示的，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，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。

InetAddress类

InetAddress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

package com.oracle.demo;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class LocalDemo {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
		self();
		other();
	}

	public static void other() throws UnknownHostException {
		// 获取局域网内指定主机名的InetAddress对象
		InetAddress inet = InetAddress.getByName("USER-20180226VT");
		System.out.println(inet);
	}

	public static void self() throws UnknownHostException {
		// 获取本地主机
		InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
		// 获取ip地址
		String ip = inet.getHostAddress();
		// 获取主机名
		String name = inet.getHostName();
		System.out.println(ip);
		System.out.println(name);
		System.out.println(inet);
	}
}

UDP和TCP协议

UDP是User Datagram Protocol的简称，称为用户数据报协议，TCP是Transmission Control Protocol的简称，称为传输控制协议。

UDP协议

UDP是无连接通信协议，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。

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。

但是在使用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传输数据被限制在64K以内。

TCP协议

TCP协议是面向连接的通信协议，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。

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。

UDP通信

DatagramPacket类

由于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。

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，还需指定发送端IP地址和端口号。

使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，指定了封装数据的字节数组和数据的大小，没有指定IP地址和端口号。很明显，这样的对象只能用于接收端，不能用于发送端。因为发送端一定要明确指出数据的目的地(ip地址和端口号)，而接收端不需要明确知道数据的来源，只需要接收到数据即可。

使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，不仅指定了封装数据的字节数组和数据的大小，还指定了数据包的目标IP地址（addr）和端口号（port）。该对象通常用于发送端，因为在发送数据时必须指定接收端的IP地址和端口号，就好像发送货物的集装箱上面必须标明接收人的地址一样。

常用方法：

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中提供的一个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，

构造方法：

该构造方法用于创建发送端的DatagramSocket对象，在创建DatagramSocket对象时，并没有指定端口号，此时，系统会分配一个没有被其它网络程序所使用的端口号

该构造方法既可用于创建接收端的DatagramSocket对象，又可以创建发送端的DatagramSocket对象，在创建接收端的DatagramSocket对象时，必须要指定一个端口号，这样就可以监听指定的端口。

常用方法：

package com.oracle.demo;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Scanner;

//UDP发送端
public class UDPsend {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		// 127.0.0.1本机地址
		InetAddress inet = InetAddress.getByName("192.168.1.171");
		// 创建发送对象
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
		while (true) {
			String mes = sc.nextLine();
			byte[] b = mes.getBytes();
			// 创建DatagramPacket对象并打包封装数据，并指定端口号
			DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b, b.length, inet, 8888);
			// 发送数据
			ds.send(dp);
		}
		// 关闭资源
		// ds.close();
	}
}
package com.oracle.demo;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

//UDP接收端
public class UDPreceive {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 创建数据报传输对象DatagramSocket，并指定端口号进行接收
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
		// 创建字节数组去接收传来的数据
		byte[] b = new byte[1024];
		while (true) {
			// 创建数据报DatagramPacket对象，一个空的数组去等待接收数据
			DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b, b.length);
			// 调用receive方法接收数据报
			ds.receive(dp);
			// 拆包
			// 获取ip地址 getAddress()获取IP地址 getHostAddress()获取本机的IP地址
			String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
			// 获取端口号
			int port = dp.getPort();
			// 获取发送内容的长度
			int length = dp.getLength();
			System.out.println("ip地址为：" + ip + "端口号为：" + port + "发送的内容为：" + new String(b, 0, length));
		}
		// 关闭资源
		// ds.close();
	}
}

TCP通信

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。

TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，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ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。

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。

ServerSocket类

ServerSocket类的实例对象可以实现一个服务器段的程序

构造方法：

该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上（参数port就是端口号）

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。

Socket类

Socket类用于实现TCP客户端程序

构造方法：

该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址

该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。

在以上Socket的构造方法中，最常用的是第一个构造方法。

常用方法：

方法声明	功能描述
int getPort()	该方法返回一个int类型对象，该对象是Socket对象与服务器端连接的端口号
InetAddress getLocalAddress()	该方法用于获取Socket对象绑定的本地IP地址，并将IP地址封装成InetAddress类型的对象返回
void close()	该方法用于关闭Socket连接，结束本次通信。在关闭socket之前，应将与socket相关的所有的输入/输出流全部关闭，这是因为一个良好的程序应该在执行完毕时释放所有的资源
InputStream getInputStream()	该方法返回一个InputStream类型的输入流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于读取客户端发送的数据，反之，用于读取服务器端发送的数据
OutputStream getOutputStream()	该方法返回一个OutputStream类型的输出流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于向客户端发送数据，反之，用于向服务器端发送数据

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，数据以IO流的形式进行交互的，从而实现通信

服务器端是没有OutputStream和InputStream，所以利用accept方法返回一个客户端Socket对象，利用客户端的OutputStream和InputStream去读取和接收。

package com.oracle.demo03;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TCPClient {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		// 创建Socket对象，并连接服务器
		Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
		// 通过客户端的套接字对象，调用获取输出流方法，将数据写向服务器
		OutputStream out = socket.getOutputStream();
		String mes = sc.nextLine();
		out.write(mes.getBytes());

		// 接收服务器端的回复
		InputStream in = socket.getInputStream();
		byte[] b = new byte[1024];
		int len = in.read(b);
		String ip = socket.getInetAddress().getHostAddress();
		System.out.println("服务器端ip为：" + ip + "发送的内容为：" + new String(b, 0, len));
		// 关闭资源
		socket.close();
	}
}
package com.oracle.demo03;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TCPServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		// 创建服务器端对象
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
		// 调用accept方法接收你得客户端的socket   代表服务器
		Socket socket = serverSocket.accept();
		// 获取输入流   数据源是客户端，目的地是本地
		InputStream in = socket.getInputStream();
		// 读取信息
		byte[] b = new byte[1024];
		int len = in.read(b);
		String ip = socket.getLocalAddress().getHostAddress();
		System.out.println("客户端IP为：" + ip + "发送的内容为：" + new String(b, 0, len));

		// 回复信息
		//获取输出流，数据源是本地，目的地是客户端
		OutputStream out = socket.getOutputStream();
		String mes = sc.nextLine();
		out.write(mes.getBytes());
		// 关闭资源
		socket.close();
		serverSocket.close();
	}
}

文件上传案例

package com.oracle.demo04;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class TCPClient {
	public static void main(String[] args) throws IOException {

		// 创建Socket对象，并连接服务器
		Socket socket = new Socket("192.168.1.171", 8888);
		// 通过客户端的套接字对象，调用获取输出流方法，将数据写向服务器
		OutputStream out = socket.getOutputStream();
		// 读取图片到客户端
		FileInputStream fis = new FileInputStream("e:\test\a.jpg");
		int len1 = 0;
		byte[] bytes = new byte[1024];
		while ((len1 = fis.read(bytes)) != -1) {
			out.write(bytes, 0, len1);
		}
		//告知服务器上传结束，别读了
		socket.shutdownOutput();

		// 接收服务器端的回复
		InputStream in = socket.getInputStream();
		byte[] b = new byte[1024];
		int len = in.read(b);
		// String ip = socket.getInetAddress().getHostAddress();
		System.out.println(new String(b, 0, len));

		// 关闭资源
		fis.close();
		socket.close();
	}
}
package com.oracle.demo04;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;

public class TCPServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 创建服务器端对象
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
		// 调用accept方法接收你得客户端的socket 代表服务器
		Socket socket = serverSocket.accept();
		// 获取输入流 数据源是客户端，目的地是本地
		InputStream in = socket.getInputStream();
		// 读取客户端发送过来的图片
		File upload = new File("e:\upload");
		if (!upload.exists()) {
			upload.mkdirs();
		}
		// 为了避免重名问题,就搞得复杂点
		String filename = "oracle" + System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999) + ".jpg";
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload + File.separator+filename);
		byte[] bytes = new byte[1024];
		int len = 0;
		while ((len = in.read(bytes)) != -1) {
			fos.write(bytes, 0, len);
		}

		// 回复信息
		// 获取输出流，数据源是本地，目的地是客户端
		// OutputStream out = socket.getOutputStream();
		// String mes = sc.nextLine();
		// out.write(mes.getBytes());
		socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
		// 关闭资源
		fos.close();
		socket.close();
		serverSocket.close();
	}
}

文件上传之多线程

package com.oracle.demo05;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class TCPClient {
	public static void main(String[] args) throws IOException {

		// 创建Socket对象，并连接服务器
		Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
		// 通过客户端的套接字对象，调用获取输出流方法，将数据写向服务器
		OutputStream out = socket.getOutputStream();
		// 读取图片到客户端
		FileInputStream fis = new FileInputStream("e:\test\a.jpg");
		int len1 = 0;
		byte[] bytes = new byte[1024];
		while ((len1 = fis.read(bytes)) != -1) {
			out.write(bytes, 0, len1);
		}
		//告知服务器上传结束，别读了
		socket.shutdownOutput();

		// 接收服务器端的回复
		InputStream in = socket.getInputStream();
		byte[] b = new byte[1024];
		int len = in.read(b);
		// String ip = socket.getInetAddress().getHostAddress();
		System.out.println(new String(b, 0, len));

		// 关闭资源
		fis.close();
		socket.close();
	}
}
package com.oracle.demo05;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;

public class TCPServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 创建服务器端对象
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
		// 调用accept方法接收你得客户端的socket 代表服务器
		Socket socket = serverSocket.accept();
		// 获取输入流 数据源是客户端，目的地是本地
		InputStream in = socket.getInputStream();
		// 读取客户端发送过来的图片
		File upload = new File("e:\upload");
		if (!upload.exists()) {
			upload.mkdirs();
		}
		// 为了避免重名问题,就搞得复杂点
		String filename = "oracle" + System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999) + ".jpg";
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload + File.separator+filename);
		byte[] bytes = new byte[1024];
		int len = 0;
		while ((len = in.read(bytes)) != -1) {
			fos.write(bytes, 0, len);
		}

		// 回复信息
		// 获取输出流，数据源是本地，目的地是客户端
		// OutputStream out = socket.getOutputStream();
		// String mes = sc.nextLine();
		// out.write(mes.getBytes());
		socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
		// 关闭资源
		fos.close();
		socket.close();
		serverSocket.close();
	}
}

package com.oracle.demo05;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;

public class Upload implements Runnable {
	private Socket socket;

	public Upload(Socket socket) {
		this.socket = socket;
	}

	@Override
	public void run() {
		FileOutputStream fos = null;
		// 获取输入流 数据源是客户端，目的地是本地
		try {
			InputStream in = socket.getInputStream();
			// 读取客户端发送过来的图片
			File upload = new File("e:\upload");
			if (!upload.exists()) {
				upload.mkdirs();
			}
			// 为了避免重名问题,就搞得复杂点
			String filename = "oracle" + System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999) + ".jpg";
			fos = new FileOutputStream(upload + File.separator + filename);
			byte[] bytes = new byte[1024];
			int len = 0;
			while ((len = in.read(bytes)) != -1) {
				fos.write(bytes, 0, len);
			}

			// 回复信息
			// 获取输出流，数据源是本地，目的地是客户端
			socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());

		} catch (IOException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} finally {
			// 关闭资源
			try {
				fos.close();
				socket.close();
			} catch (IOException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}
package com.oracle.demo05;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPThreadServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
		while (true) {
			Socket socket = server.accept();
			new Thread(new Upload(socket)).start();
		}
	}
}

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