[Java] 网络编程

网络连接

• 目的：实现不同主机间数据的共享，早期是主动共享，现在是被动共享
• OSI七层模型，TCP五层模型，所有数据在每一层上进行信息处理，最终通过物理设备（网卡）发送，网卡在整个网络中有唯一的Mac地址
• 网络编程：正对于TCP/UDP两种协议进行的网络开发，两个协议的细节组成非常繁琐，对网络协议的抽象性管理逻辑称为Socket编程
• Socket内部两种模式
  • C/S（Client/Server）：需要开发两套程序，一套服务器程序，一套客户端程序，在进行维护的时候服务器端和客户端的程序都需要更新（如QQ），使用特定的数据传输协议（用户自定义）及一些非公开端口，安全性较高
  • B/S（Browser/Server）：基于浏览器实现客户端应用，只需要开发服务器端的程序，如需进行维护只需修改服务器代码，维护与开发成本降低，使用公共的HTTP协议（基于TCP协议的实现），所以安全性较差
• 网络编程属于C/S模型，Web开发属于B/S模型
• C/S模型分为
  • TCP程序：三次握手，四次挥手
  • UDP程序：发送数据报，接收数据报的一方不一定可以接收到数据（发短信，手机关机）

 

 

网络程序

•  java.net包完成，提供两个类
  • java.net.ServerSocket：工作在服务器端的程序类，定义服务器监听端口，及接收客户端请求
  • java.net.Socket：每一个客户端都使用一个Socket的概念进行描述
• 端口是进入服务的“门”，每个端口只能绑定一个服务，建议用5000以上
• 连接的目的是进行IO通讯

服务器端程序

• 验证服务器是否可正常使用，可利用操作系统中的telnet命令
• 传输字节数据，用PrintStream
• win+R > Telnet > open localhost 9999
• telnet 仅是基础测试环境，不是客户端
• 服务器端数据的输出，就是客户端数据的输入
• accept()：打开服务器监听

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

public class HelloServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ServerSocket serversocket = new ServerSocket(9999); // 本程序在9999端口连接
        System.out.println("[HelloServer] 服务器端启动监听... ...");
        // 每一个连接到服务器端的客户端都通过Socket对象来描述，所以要等待连接
        Socket client = serversocket.accept(); // 等待客户端连接
        // 向指定的Socket实现数据的输出，获取Socket的输出流
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()); // 通过打印流输出
        out.println("www.yootk.com"); // 输出信息
        client.shutdownOutput(); // 数据发送完毕后再关闭
        serversocket.close(); // 关闭整个服务器
    }
}

客户端程序

• Socket类描述的就属于客户端信息，在客户端主要用它来实现服务器端的连接，而服务器端每个连接到服务器的客户都通过Socket来描述

import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class HelloClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // Socket是工作在客户端的程序类，每一个Socket对象描述的都是一个独立的客户端
        Socket client = new Socket("localhost",9999);
        Scanner scanner = new Scanner(client.getInputStream()); // 服务器端的输出为客户端的输入
        if(scanner.hasNext()) { // 此时有数据需要进行输出
            System.out.println("[HelloClient] "+scanner.next());
        }
        client.shutdownInput();
    }
}

Echo模型

• 网络通讯程序的核心接口
• 客户端发送数据给服务器端，服务器端接收到数据后直接进行回应
• 回应处理可持续进行，当客户端确认不再继续交互时断开
• Socket可获取InputStream、OutputStream
• 实现最为核心的网络接口交互模型，再继续扩展可实现更加丰富内容的传输

服务器端程序

import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ServerSocket serversocket = new ServerSocket(9999);
        Socket client = serversocket.accept(); // 进入阻塞状态，等待客户端连接
        Scanner scanner = new Scanner(client.getInputStream()); // 服务器端输入流
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()); // 服务器端输出流
        boolean flag = true; 
        while(flag) {
            if(scanner.hasNext()) { // 如果现在有输入的数据内容
                String value = scanner.next().trim();
                if(value.equalsIgnoreCase("exit")) {
                    out.println("[EchoServer]exit");
                    flag = false;
                    break;
                }
                out.println("ECHO:"+ value);
            }
        }
        serversocket.close();
    }
}

客户端程序

import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket client = new Socket("localhost",9999);
        Scanner scanner = new Scanner(client.getInputStream()); // 客户端输入流
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()); // 客户端输出流
        boolean flag = true;
        while(flag) {
            String value = KeyboardInput.getString("请输入数据：");
            out.println(value);
            if(scanner.hasNext()) {
                System.out.println("[ECHO客户端]" + scanner.next()); //服务器端响应
            }
            if(value.equalsIgnoreCase("exit")){
                flag = false;
            }
        }
        client.close();
    }
}

BIO处理模型

• BIO（Blocking IO、阻塞IO处理）是最为传统的一种网络通讯模型的统一描述，解决服务器的并发处理问题，ECHO模型属于单线程服务器的开发，即同一个时间段只能有一个线程进行访问
• 创建新的线程处理类，包裹Socket对象
• 问题：需要先连接，然后服务器分配线程对象，若此时客户端即使没有与服务器端产生任何交互，那么这个线程的连接也要维持着，面对高并发访问程序会导致性能浪费，为解决次问题创建了NIO模型

 

服务器端

import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ServerSocket serversocket = new ServerSocket(9999);
        boolean flag = true; 
        while(flag) {
            Socket client = serversocket.accept();
            new Thread(new EchoHandle(client)).start();
        }
        serversocket.close();
    }
}

服务器端线程类

import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class EchoHandle implements Runnable{
    private Socket client;
    public EchoHandle(Socket client) {
        this.client = client;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {        
            Scanner scanner = new Scanner(client.getInputStream()); // 服务器端输入流
            PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()); // 服务器端输出流
            boolean flag = true; 
            while(flag) {
                if(scanner.hasNext()) { // 如果现在有输入的数据内容
                    String value = scanner.next().trim();
                    if(value.equalsIgnoreCase("exit")) {
                        out.println("[EchoServer]exit");
                        flag = false;
                    }else {
                        out.println("ECHO:"+ value);
                    }
                }
            }
            scanner.close();
            out.close();
            client.close();
        }catch(Exception e) {}
    }
}

客户端

import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket client = new Socket("localhost",9999);
        Scanner scanner = new Scanner(client.getInputStream()); // 客户端输入流
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream()); // 客户端输出流
        boolean flag = true;
        while(flag) {
            String value = KeyboardInput.getString("请输入数据：");
            out.println(value);
            if(scanner.hasNext()) {
                System.out.println("[ECHO客户端]" + scanner.next()); //服务器端响应
            }
            if(value.equalsIgnoreCase("exit")){
                flag = false;
            }
        }
        scanner.close();
        out.close();
        client.close();
    }
}

UDP程序

• TCP：可靠连接模式，可保证接收稳定性，但会带来严重的性能损耗
• UDP：不保证用户一定可以收到，但性能较高
• 类比：发传单
• 实例：手机短信（不开机收不到）
• UDP客户端：等待服务器端进行消息数据的发送，如接收到内容则继续向下执行，进行具体内容输出
• HTTP协议里可能将TCP协议更换
• 用Netty开发更加简单

服务器端

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        DatagramSocket server = new DatagramSocket(8000); // 服务器端端口
        String message = "www.yootk.com";
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message.getBytes(),0,message.length(),InetAddress.getByName("localhost"),9999);
        server.send(packet); // 发送数据报
        System.out.println("[UDPServer]finished...");
        server.close();
    }
}

客户端

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        DatagramSocket client = new DatagramSocket(9999);
        byte data[] = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        System.out.println("[UDPClient]wait...");
        client.receive(packet);
        System.out.println("[UDPClient]"+ new String(data,0,packet.getLength()));
    }
}