Java基础之网络编程

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。

网络基础：

　　计算机网络：

　　　　把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源。

　　网络编程的目的：

　　　　直接或间接地通过网络协议与其它计算机进行通讯。

　　网络编程中有两个主要的问题：

1. 如何准确地定位网络上一台或多台主机。
2. 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输。

　　如何实现网络中的主机互相通信： 通信双方地址 一定的规则（有两套参考模型）

• OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广
• TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。

　　1、通信要素一： IP和端口号

　　IP 地址：InetAddress

• 　　唯一的标识 Internet 上的计算机
• 　　本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1 主机名(hostName)：localhost
• 　　不易记忆，会用域名代替

　　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。其中，0~1023被预先定义的服务通信占用（如MySql占用端口3306，http占用端口80等）。除非我们需要访问这些特定服务，否则，就应该使用 1024~65535 这些端口中的某一个进行通信，以免发生端口冲突。

　　注： 端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字。

　　（1）、Internet类

　　Internet上的主机有两种方式表示地址：

• 　　域名(hostName)：www.atguigu.com
• 　　IP 地址(hostAddress)：202.108.35.210

　　InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address。

　　InetAddress 类对象含有一个 Internet 主机地址的域名和IP地址：www.atguigu.com 和 202.108.35.210。

　　域名容易记忆，当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器（DNS）负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。 -------域名解析

　　InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下两个静态方法来获取InetAddress实例

　　InetAddress提供了如下几个常用的方法

　

public class TestNet {

    @Test
    public void fun1() throws UnknownHostException {
/*
 * 网络通信的第一个要素：IP地址。通过IP地址，唯一的定位互联网上一台主机
 * InetAddress:位于java.net包下
 * 1.InetAddress用来代表IP地址。一个InetAdress的对象就代表着一个IP地址
 * 2.如何创建InetAddress的对象：getByName(String host)
 * 3.getHostName(): 获取IP地址对应的域名
 *   getHostAddress():获取IP地址
 */
        InetAddress byName = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(byName);//获得IP地址和域名

        String hostName = byName.getHostName();
        System.out.println(hostName);//获得域名

        String hostAddress = byName.getHostAddress();
        System.out.println(hostAddress);//获得IP地址

        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();//获得本机IP地址和域名（本机为计算机账户名）
        System.out.println(localHost);
    }
}

　　2、通信要素二：网络通信协议

　　　　网络通信协议

　　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。

　　　　通信协议分层的思想

　　由于结点之间联系很复杂，在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和扩展。

　　　　传输层协议中有两个非常重要的协议：

　　传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)

　　用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。

　　TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。

　　IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。

　　TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP层、传输层和应用层。

　　TCP协议：

• 　　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，是可靠的
• 　　TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端
• 　　在连接中可进行大数据量的传输
• 　　传输完毕，需释放已建立的连接，效率低

　　UDP协议：

• 　　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
• 　　因无需连接，故是不可靠的
• 　　发送数据结束时无需释放资源，速度快

　3、基于Socket的TCP编程

　　（1）、Socket

• 　　利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实上的标准。
• 　　通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点，网络通信其实就是Socket间的通信。
• 　　Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。
• 　　一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的 为服务端

　　 Java语言的基于套接字编程分为服务端编程和客户端编程，其通信模型如图所示：

 

　　Socket的常用方法：

　　ServerSocket的常用方法：

public class TestSocket {
    //客户端
    @Test
    public void fun1(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            // 1.创建一个Socket的对象，通过构造器指明服务端的IP地址，以及其接收程序的端口号
            socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9000);
            // 2.getOutputStream()：发送数据，方法返回OutputStream的对象
            os = socket.getOutputStream();
            // 3.具体的输出过程
            os.write("你好，我是客户端".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                // 4.关闭相应的流和Socket对象
                socket.close();
                os.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //服务端
    @Test
    public void fun2(){
        ServerSocket ss = null;
        Socket accept = null;
        InputStream is = null;
        try {
            // 1.创建一个ServerSocket的对象，通过构造器指明自身的端口号
            ss = new ServerSocket(9000);
            // 2.调用其accept()方法，返回一个Socket的对象
            accept = ss.accept();
            // 3.调用Socket对象的getInputStream()获取一个从客户端发送过来的输入流
            is = accept.getInputStream();
            // 4.对获取的输入流进行的操作
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = 0;
            while ((len = is.read(bytes)) != -1){
                System.out.println(new String(bytes,0,len));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                ss.close();
                accept.close();
                is.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

//TCP编程例二：客户端给服务端发送信息，服务端将信息打印到控制台上，同时发送“已收到信息”给客户端
public class TestTCP2 {
    //客户端
    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        InputStream is = null;
        try {
            socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),8989);
            os = socket.getOutputStream();
            os.write("我是客户端".getBytes());
            //shutdownOutput():执行此方法，显式的告诉服务端发送完毕！
            socket.shutdownOutput();
            is = socket.getInputStream();
            byte[] b = new byte[20];
            int len;
            while((len = is.read(b)) != -1){
                String str = new String(b,0,len);
                System.out.print(str);
            }
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }finally{
            if(is != null){
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
            if(os != null){
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
        }
        
        
    }
    //服务端
    @Test
    public void server(){
        ServerSocket ss = null;
        Socket s = null;
        InputStream is = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            ss = new ServerSocket(8989);
            s = ss.accept();
            is = s.getInputStream();
            byte[] b = new byte[20];
            int len;
            while((len = is.read(b)) != -1){
                String str = new String(b,0,len);
                System.out.print(str);
            }
            os = s.getOutputStream();
            os.write("我已收到你的情意".getBytes());
            
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }finally{
            if(os != null){
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
            if(is != null){
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
            if(s != null){
                try {
                    s.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
            if(ss != null){
                try {
                    ss.close();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
        }
        
    }
}

//TCP编程例三：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。
//如下的程序，处理异常时，要使用try-catch-finally!!本例仅为了书写方便~
public class TestTCP3 {
    @Test
    public void client()throws Exception{
        //1.创建Socket的对象
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 9898);
        //2.从本地获取一个文件发送给服务端
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("1.jpg"));
        byte[] b = new byte[1024];
        int len;
        while((len = fis.read(b)) != -1){
            os.write(b,0,len);
        }
        socket.shutdownOutput();
        //3.接收来自于服务端的信息
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte[] b1 = new byte[1024];
        int len1;
        while((len1 = is.read(b1)) != -1){
            String str = new String(b1,0,len1);
            System.out.print(str);
        }
        //4.关闭相应的流和Socket对象
        is.close();
        os.close();
        fis.close();
        socket.close();
    }
    @Test
    public void server() throws Exception{
        //1.创建一个ServerSocket的对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(9898);
        //2.调用其accept()方法，返回一个Socket的对象
        Socket s = ss.accept();
        //3.将从客户端发送来的信息保存到本地
        InputStream is = s.getInputStream();
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("3.jpg"));
        byte[] b = new byte[1024];
        int len;
        while((len = is.read(b)) != -1){
            fos.write(b, 0, len);
        }
        System.out.println("收到来自于" + s.getInetAddress().getHostAddress() + "的文件");
        //4.发送"接收成功"的信息反馈给客户端
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("你发送的图片我已接收成功！".getBytes());
        //5.关闭相应的流和Socket及ServerSocket的对象
        os.close();
        fos.close();
        is.close();
        s.close();
        ss.close();
    }
}

　　4、UDP网络编程

　　类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。

　　UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收，系统不保证UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不能确定什么时候可以抵达。

　　DatagramPacket 对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。

　　UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和接收方的连接

//UDP编程的实现
public class TestUDP {
    // 发送端
    @Test
    public void send() {
        DatagramSocket ds = null;
        try {
            ds = new DatagramSocket();
            byte[] b = "你好，我是要发送的数据".getBytes();
            //创建一个数据报：每一个数据报不能大于64k，都记录着数据信息，发送端的IP、端口号,以及要发送到
            //的接收端的IP、端口号。
            DatagramPacket pack = new DatagramPacket(b, 0, b.length,
                    InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 9090);
            
            ds.send(pack);
        }catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }finally{
            if(ds != null){
                ds.close();
                
            }
        }
        
    }

    // 接收端
    @Test
    public void rceive() {
        DatagramSocket ds = null;
        try {
            ds = new DatagramSocket(9090);
            byte[] b = new byte[1024];
            DatagramPacket pack = new DatagramPacket(b, 0, b.length);
            ds.receive(pack);
            
            String str = new String(pack.getData(), 0, pack.getLength());
            System.out.println(str);
        }catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }finally{
            if(ds != null){
                ds.close();
                
            }
        }
    }
}

 

URL编程

　　URL(Uniform Resource Locator)：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，ftp 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（例如：迅雷下载的种子或资源）。

　　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>  例如: http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp

　　为了表示URL，java.net 中实现了类 URL。我们可以通过下面的构造器来初始化一个 URL 对象：

　　public URL (String spec)：通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。例如：URL url = new URL ("http://www. atguigu.com/");

　　public URL(URL context, String spec)：通过基 URL 和相对 URL 构造一个 URL 对象。例如：URL downloadUrl = new URL(url, “download.html")

　　public URL(String protocol, String host, String file); 例如：new URL("http", "www.atguigu.com", “download. html");

　　public URL(String protocol, String host, int port, String file); 例如: URL gamelan = new URL("http", "www.atguigu.com", 80, “download.html");

　　类URL的构造方法都声明抛出非运行时异常，必须要对这一异常进行处理，通常是用 try-catch 语句进行捕获。

　　一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但可以通过它给定的方法来获取这些属性：

　　public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名

　　public String getHost( ) 获取该URL的主机名

　　public String getPort( ) 获取该URL的端口号

　　public String getPath( ) 获取该URL的文件路径

　　public String getFile( ) 获取该URL的文件名

　　public String getRef( ) 获取该URL在文件中的相对位置

　　public String getQuery( ) 获取该URL的查询名

public class TestNet {
    @Test
    public void fun2() throws Exception {
//URL:统一资源定位符，一个URL的对象，对应着互联网上一个资源。
//我们可以通过URL的对象调用其相应的方法，将此资源读取（“下载”）
//相当于File file = new File("D://a.txt");不同的是URL对应的是网上的资源，FILE对应的是磁盘上的资源
        URL url = new URL("http://127.0.0.1:8080/examples/a.txt?a=b");
        System.out.println(url.getProtocol());
        System.out.println(url.getHost());
        System.out.println(url.getPath());
        System.out.println(url.getFile());
        System.out.println(url.getRef());
        System.out.println(url.getQuery());
    }
}

　　针对HTTP协议的URLConnection类（把网络上文件的数据读出与写入）

　　URL的方法 openStream()：能从网络上读取数据

　　若希望输出数据，例如向服务器端的 CGI （公共网关接口-Common Gateway Interface-的简称，是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口）程序发送一些数据，则必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，此时需要使用 URLConnection 。 　　            URLConnection：表示到URL所引用的远程对象的连接。当与一个URL建立连接时，首先要在一个 URL 对象上通过方法 openConnection() 生成对应的 URLConnection 对象。如果连接过程失败，将产生IOException.

@Test
    public void fun3() throws Exception {
        URL url = new URL("http://127.0.0.1:8080/examples/a.txt");
        //openStream仅仅能够读出数据，不能够写入
        InputStream is = url.openStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = 0;
        while ((len = is.read(bytes)) != -1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }
        is.close();
    }

 @Test
    public void fun4() throws Exception {
        URL url = new URL("http://127.0.0.1:8080/examples/a.txt");
        //调用openConnection(),即能够读取文件数据，又能够写文件数据到另一个文件中
        URLConnection uc = url.openConnection();
        InputStream is = uc.getInputStream();
        FileOutputStream fo = new FileOutputStream(new File("D://a.txt"));

        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = 0;
        while ((len = is.read(bytes)) != -1){
            fo.write(bytes,0,len);
        }
        
        is.close();
        fo.close();
    }