网络编程基础

一、概述

在学习Java基础的时候,有一章节就叫《网络编程》,那么何为网络编程呢?在此之前先了解一下何为计算机网络。

  • 计算机网络: 简单地说就是将地理位置不同的设备通过通信线路连接起来,实现不同设备间的信息传递和资源共享的计算机系统。
  • 网络编程: 实现不同计算机上程序之间进行数据交换的过程就叫网络编程。比如我们常用的QQ、微信,就是在不同设备之间进行数据交换,就属于网络编程。

二、网络通信三要素

互联网上的设备要进行通信,有三个要素。

  • IP: 是设备在网络中的唯一标识,也就是说,一个IP就有唯一的一台设备,根据IP,就可以找到唯一的一台设备。

找到了设备,知道了要跟谁通信了,那么要跟这台设备上的哪个程序进程通信呢?那么就需要根据端口来判断。

  • 端口: 用来区分设备上运行的不同的进程。有效端口为 0 ~ 65535 ,其中 0 ~ 1024 是系统保留的端口。

根据IP + 端口,我们可以找到需要进行通信的设备和该设备上对应的进程,按道理此时就可以进行通信了,实际上不是这样的。比如你是说中文的,你找到的那台设备的那个进程只能识别英文,那么语言就不互通了。这时候就需要用到协议。

  • 协议: 可以简单的理解协议就是通信规则。让不同设备进行通信时可以语言互通。常用的协议有TCP协议和UDP协议。

TCP

UDP

建立数据通道,可进行大量数据传输,效率较低,但安全可靠。

无需建立连接,使用数据包传递数据,每个数据包大小限制在64k,效率高,不可靠。

三、Java对网络编程的支持

Java对网络编程提供了良好的支持,其相关的类都在 java.net 包下。

  • InetAddress类: 这个类可以理解为就是表示IP。
  • 套接字: 套接字 = IP + 端口 。通信的两端(客户端和服务端) 都需要有套接字,套接字之间利用IO进行数据传输。客户端和服务端使用的套接字不同,TCP和UDP使用的套接字也不同。如下表。

方式

客户端

服务端

TCP

Socket

ServerSocket

UDP

DatagramSocket、DatagramPacket

DatagramSocket、DatagramPacket

四、Java网络编程小案例

1、使用UDP协议进行通信:

客户端(发送端)编程步骤:

  • 创建发送端的socket对象;
  • 创建数据,并把数据打包;
  • 调用socket的发送方法发送数据;
  • 释放资源。
public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建发送端的socket对象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

        //2.封装键盘录入的数据
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String line = null;
        while ((line = br.readLine()) != null){
            if ("886".equals(line))//如果输入886就停止服务
                break;

            //3.创建数据,并把数据打包
            byte[] bys = line.getBytes();//创建数据
            int length = bys.length;
            InetAddress address = InetAddress.getByName("xxx.xxx.x.xxx");//IP
            int port = 10086;//端口
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,length,address,port);//打包数据

            //4.调用socket的发送方法发送数据
            socket.send(dp);
        }

        //5.释放资源
        socket.close();
    }

服务端(接收端)编程步骤:

  • 创建接收端的socket对象;
  • 创建数据包,用来接收数据;
  • 调用socket对象的接收方法接收数据;
  • 解析数据。
public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建接收端的socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

        while (true){
            //2.创建一个数据包(接收容器)
            byte[] bys = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length);

            //3.调用socket对象的接收方法接收数据
            ds.receive(dp);//阻塞式方法

            //4.解析数据包,显示在控制台
            String s = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
            System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress()+":"+s);

        }
    }

其实这样就是一个简易的聊天室了,先开启服务端,然后开启客户端,在控制台用键盘录入数据,这些数据就会在服务端的控制台显示出来。我们可以用多线程改进一下,以达到启动一个main方法,又可以发送又可以接收的效果。代码如下:

public class SendThread implements Runnable{
    private DatagramSocket ds;
    public SendThread(DatagramSocket ds) {
        this.ds = ds;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            //2.封装键盘录入的数据
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            String line = null;
            while ((line = br.readLine()) != null){
                if ("886".equals(line))
                    break;
                //3.创建数据,并把数据打包
                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(
                        line.getBytes(),
                        line.getBytes().length,
                        InetAddress.getByName("xxx.xxx.x.xxx"),
                        12306);
                //4.调用socket的发送方法发送数据
                ds.send(dp);
            }
            //5.释放资源
            ds.close();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
public class ReceiveThread implements Runnable {
    private DatagramSocket ds;
    public ReceiveThread(DatagramSocket ds) {
        this.ds = ds;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true){
                //2.创建一个数据包(接收容器)
                byte[] bys = new byte[1024];
                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length);
                //3.调用socket对象的接收方法接收数据
                ds.receive(dp);//阻塞式方法
                //4.解析数据包,显示在控制台
                String s = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
                System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress()+":"+s);
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
public class chatRoom {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket send = new DatagramSocket();
        DatagramSocket receive = new DatagramSocket(12306);

        SendThread st = new SendThread(send);
        ReceiveThread rt = new ReceiveThread(receive);

        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(rt);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

以上就是通过多线程改进的简易的聊天室。

2、使用TCP协议进行通信:

客户端编程步骤:

  • 创建发送端的socket对象;
  • 获取输出流写数据;
  • 释放资源。
public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建发送端的socket对象
        Socket socket = new Socket("xxx.xxx.x.xxx",2222);

        //2.获取输出流写数据
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
        String line = null;
        while ((line = br.readLine()) != null){
            if ("886".equals(line))
                break;
            bw.write(line);
            bw.newLine();
            bw.flush();
        }

        //3.释放资源
        socket.close();
    }

服务端编程步骤:

  • 创建接收端的socket对象;
  • 监听客户端连接;
  • 获取输入流读取数据;
  • 释放资源。
public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建接收端的socket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(2222);

        //2.监听客户端连接
        Socket socket = serverSocket.accept();

        //3.获取输入流读取数据,输出到文本文件
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("a.txt"));
        String line = null;
        while ((line = br.readLine()) != null){
            bw.write(line);
            bw.newLine();
            bw.flush();
        }

        //4.释放资源
        bw.close();
        socket.close();
    }

总结:

  • 网络编程三要素就是IP、端口、协议。
  • 协议主要是UDPTCP两种。不管使用何种协议,客户端和服务端都需要有socket对象。
  • UDP协议是将数据打包,每个数据包大小限制为64k,不建立连接,传输数据不可靠,但效率高。
  • TCP协议会建立连接通道,传输的数据大小无限制,安全可靠,但效率较低。

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