Java 网络编程基础

网络通信三要素

此笔记来之与黑马.B站的视频是真的高

基本的通信架构

  • 基本的通信架构有2种形式：CS架构（Client 客户端/ Server 服务端）、BS架构( Browser 浏览器/ Server 服务端)。

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IP 地址

IP（InternetProtocol）：全称 “互联网协议地址”，是分配给上网设备的唯一标志。
IP 地址有两种形式：IPv4, IPv6

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⚠️ 右上角框框为 运营商 id

公网 IP, 内网 IP
  • **公网 IP：**是可以连接互联网的 IP 地址；内网 IP：也叫局域网 IP，只能组织机构内部使用。
  • 192.168.开头的就是常见的局域网地址，范围即为 192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用。
特殊 IP 地址：
  • 127.0.0.1、localhost：代表本机 IP，只会寻找当前所在的主机。
IP 常用命令：
  • ipconfig：查看本机IP地址。
  • ping IP地址：检查网络是否连通。
InnetAddress (IP 地址)

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端口号

标记正在计算机设备上运行的应用程序的，被规定为一个 16位 的二进制，范围是 0 ~ 65535。

分类

  • 周知端口：0 ~ 1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用80，FTP占用21）

  • **注册端口：**1024 ~ 49151，分配给用户进程或某些应用程序。

  • 动态端口：49152 到 65535，之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种进程，而是动态分配。

    ⚠️ 注意：我们自己开发的程序一般选择使用注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错。

通信协议

网络上通信的设备，事先规定的连接规则，以及传输数据的规则被称为网络通信协议。

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开放式网络互联标准：OSI 网络参考模型
  • OSI 网络参考模型：全球网络互联标准

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传输层的2个通信协议
  • UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议；TCP(Transmission Control Protocol)：传输控制协议。
UDP协议

特点：无连接、不可靠通信。诵信效率高！语音诵话视频直播

  • 不事先建立连接，数据按照包发，一包数据包含：自己的 IP、程序端口，目的地 IP、程序端口和数据（限制在 64KB 内）等。
  • 发送方不管对方是否在线，数据在中间丢失也不管，如果接收方收到数据也不返回确认，故是不可靠的。

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TCP 协议
  • 特点：面向连接、可靠通信。
  • TCP 的最终目的：要保证在不可靠的信道上实现可靠的传输。
  • TCP 主要有三个步骤实现可靠传输：三次握手建立连接，传输数据进行确认，四次挥手断开连接。

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四次挥手

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ContentsUDP通信-快速入门

Java提供了一个 java.net.DatagramSocket 类来实现 UDP 通信。

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public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建客户对象(发数据出去的人)DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 创建数据包对象封装要发出去的数据(创建一个数据包)/** public DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address, int port)参数一: 封装要发出去的数据参数二：发送出去的数据大小(字节个数)参数三：服务端的 IP 地址(找到服务端主机)参数四：服务端程序的端口*/byte[] byres = "我是快乐的客户端，我爱你 abc".getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytets.length,InetAddress.getLocalHost(), port: 6666);// 3. 正式发送这个数据包的数据出去了socket.send(packet);System.out.println("客户端数据发送完毕~~");socket.close(); // 释放数据!}
}class Server {public static void main(Stirng[] args) throws Exception {System.out.println("-----服务器端启动");// 1. 创建一个服务端口(创建一个接数据包的人) 注册端口DatagramSocker socket = new DatagramSocket(port: 6666);// 2. 创建一个数据包对象，用于接收数据的(创建一个数据包)byte[] buffer = new byte[1024 * 64]; // 64 KBDatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer.length);// 3. 开始正式使用数据包来接收客户端发来的数据socket.receive(packet);// 4.从字节数组中，把接收到的数据直接打印出来// 接收多少就倒出多少int len = packet.getLength();String res = new String(buffer, 0, len);System.out.println(rs);System.out.println(packet.getAddress().getHostAddresss());System.out.prinlnt(packet.getPort());socket.close(); //释放资源}
}

UDP 通信-多发多收

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建客户对象(发数据出去的人)DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 创建数据包对象封装要发出去的数据(创建一个数据包)/** public DatagramPacket(byte buf[], int length,InetAddress address, int port)参数一: 封装要发出去的数据参数二：发送出去的数据大小(字节个数)参数三：服务端的 IP 地址(找到服务端主机)参数四：服务端程序的端口*/Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说: ");String msg = scanner.nextLine();if ("exit".equals(msg)) {break;}byte[] byres = msg.getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytets.length,InetAddress.getLocalHost(), port: 6666);// 3. 正式发送这个数据包的数据出去了socket.send(packet);System.out.println("客户端数据发送完毕~~");}socket.close(); // 释放数据!}
}class Server {public static void main(Stirng[] args) throws Exception {System.out.println("-----服务器端启动");// 1. 创建一个服务端口(创建一个接数据包的人) 注册端口DatagramSocker socket = new DatagramSocket(port: 6666);// 2. 创建一个数据包对象，用于接收数据的(创建一个数据包)byte[] buffer = new byte[1024 * 64]; // 64 KBDatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer.length);while (true) {System.out.println("服务端启动");// 3. 开始正式使用数据包来接收客户端发来的数据socket.receive(packet);// 4.从字节数组中，把接收到的数据直接打印出来// 接收多少就倒出多少int len = packet.getLength();String res = new String(buffer, 0, len);System.out.println(rs);System.out.println(packet.getAddress().getHostAddresss());System.out.printtln(packet.getPort());   System.out.println("--------------分割线---------------");}socket.close(); //释放资源}
}

TCP 通信-快速入门

Java 提供了一个 java.net.Socket 类来实现 TCP 通信。

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public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建 Socket 对象，并同时请求与服务端程序的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);// 2.从 socket 通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();// 3.把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);// 4.开始写数据出去了dos.writeUTF("在一起， 好吗?");dos.close();socket.close(); // 释放连接资源}
}public class Server {public static void main(String[] args) {}
}

服务端是通过 java.net包 下的 ServerSocket 类来实现的。

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public class Server {public static void (String[] args) throws Exception {// 1. 创建 ServerSocket的对象， 同时为服务器注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port: 8888);// 2.使用 serverSocket 对象，调用一个 accept 方法，等待客户端的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();// 3. 从socket通信管道中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();// 5.使用数据输入流读取客户端发送过来的消息String rs = dis.readUTF();System.out.println(rs);System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress())dis.close();socket.close();}
}

TCP 通信-多发多收

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建 Socket 对象，并同时请求与服务端程序的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);// 2.从 socket 通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();// 3.把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说: ");String msg = sc.nextLine();// 一旦用户输入了 exit, 就退出了客户端程序if ("exit".equals(msg)) {System.out.println("欢迎您下次光临!! 退出成功!");break;}// 4.开始写数据输出了dos.writeUTF(msg);dos.flush();}dos.close();socket.close(); // 释放连接资源}
}

public class Server {public static void (String[] args) throws Exception {// 1. 创建 ServerSocket的对象， 同时为服务器注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port: 8888);// 2.使用 serverSocket 对象，调用一个 accept 方法，等待客户端的连接请求Socket socket = serverSocket.accept();// 3. 从socket通信管道中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();// 4.把原始的字节输入流包装成数据输入流DataInputStream dis = new DataInputStream(is);while (true) {// 5.使用数据输入流读取客户端发送过来的消息try {String rs = dis.readUTF();System.out.println(rs);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "离线了");break;}}dis.close();socket.close();}
}

TCP 通信-同时接收多个客户端

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public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建 Socket 对象，并同时请求与服务端程序的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);// 2.从 socket 通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();// 3.把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说: ");String msg = sc.nextLine();// 一旦用户输入了 exit, 就退出了客户端程序if ("exit".equals(msg)) {System.out.println("欢迎您下次光临!! 退出成功!");break;}// 4.开始写数据输出了dos.writeUTF(msg);dos.flush();}dos.close();socket.close(); // 释放连接资源}
}


public class Server {public static void main(String[] args) {System.out.println("--------服务器启动成功--------------");// 1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);while (true) {// 2. 使用serverSocket对象，调用一个 accept 方法，等待客户端连接请求Socket socket = serverSocket.accept();// 3. 把这个客户端对应的socket通信管道，交给一个独立的线程负责处理new ServerReaderThread(socket).start();}}
}

public class ServerReaderThread extends Thread {private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {InputStream is = socket.getInputStream();DataInputStream dis = new DataInputStream(is);while (true) {String msg = dis.readUTF();System.out.println(msg);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

TCP通信-综合案例

即时通信-群聊

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public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 创建 Socket 对象，并同时请求与服务端程序的连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);// 创建一个独立的线程 负责随机从socket中接收服务端发送过来的消息new ClentReaderThread(socket).start();// 2.从 socket 通信管道中得到一个字节输出流，用来发数据给服务端程序OutputStream os = socket.getOutputStream();// 3.把低级的字节输出流包装成数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说: ");String msg = sc.nextLine();// 一旦用户输入了 exit, 就退出了客户端程序if ("exit".equals(msg)) {System.out.println("欢迎您下次光临!! 退出成功!");break;}// 4.开始写数据输出了dos.writeUTF(msg);dos.flush();}dos.close();socket.close(); // 释放连接资源}@Overridepublic void run() {try {InputStream is = socket.getInputStream();DataInputStream dis = new DataInputStream(is);while (true) {try {String msg = dis.readUTF();System.out.println(msg);} catch (Exception e) {System.out.println("自己下线了: " + socket.getRemoteSock());}}}}
}

public class ClentReaderThread extends Thread {private Socket socket;public ClentReaderThread(Socket socket) {this.socket = socket;}
}


public class Server {public static List<Socket> onLineSockets = new ArrayList<>();public static void main(String[] args) {System.out.println("--------服务器启动成功--------------");// 1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);while (true) {// 2. 使用serverSocket对象，调用一个 accept 方法，等待客户端连接请求Socket socket = serverSocket.accept();onLineSockets.add(socket); System.out.println("有人上线了： " + socket.getRemoteSocketAddress());// 3. 把这个客户端对应的socket通信管道，交给一个独立的线程负责处理new ServerReaderThread(socket).start();}}
}

public class ServerReaderThread extends Thread {private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {InputStream is = socket.getInputStream();DataInputStream dis = new DataInputStream(is);while (true) {String msg = dis.readUTF();System.out.println(msg);sendMsgToAll(msg); // 发送给所有的客户端}} catch (IOException e) {System.out.println("有人下线了: " + socket.getRemoteSocketAddress());Server.onLineSockets.remove(socket);e.printStackTrace();}}private void sendMsgToAll(String msg) throws IOExecption {// 发送给所有在线的 socket 管道接收for (Socket onLineSocket : Server.onLineSockets) {OUtputStream os = onLineSocket.getOutputStream();DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);dos.write(msg);dos.flush();}}
}

实现一个 BS 架构(浏览器+程序)

要求从浏览器中访问服务器, 并立即让服务器响应一个很简单的网页给浏览器展示, 网页内容就是“黑马程序员666”

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public class ServerReaderThread extends Thread {private Socket socket;public SeverReaderThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {// 立即响应一个网页内容："黑马程序员"给浏览器展示try {OutputStream os = socket.getOutputStream();PrintStream ps = new PrintStream(os);ps.println("HTTP/1.1 200 OK");ps.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");ps.println(); // 必须换行ps.println("<div style="color:red;font-size:120px;text-align:center" 黑马程序员磊哥</div>);} cathch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

线程池优化 BS 架构

可以参考博主这篇JUC笔记
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public class Server {public static List<Socket> onLineSockets = new ArrayList<>();public static void main(String[] args) {System.out.println("--------服务器启动成功--------------");// 1. 创建ServerSocket的对象，同时为服务端注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);// 创建出一个线程池，负责处理通信管道的任务ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(16*2, 16*2, new ArrayBlockingQueue<>(8), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());while (true) {// 2. 使用serverSocket对象，调用一个 accept 方法，等待客户端连接请求Socket socket = serverSocket.accept();pool.execute(new ServerReaderRunnable(socket))}}
}

public class ServerReaderThread extends Runnable {private Socket socket;public SeverReaderThread(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {// 立即响应一个网页内容："黑马程序员"给浏览器展示try {OutputStream os = socket.getOutputStream();PrintStream ps = new PrintStream(os);ps.println("HTTP/1.1 200 OK");ps.println("Content-Type:text/html;charset=UTF-8");ps.println(); // 必须换行ps.println("<div style="color:red;font-size:120px;text-align:center" 黑马程序员磊哥</div>);}}
}

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