⛳ Java 网络编程

🎨 一、TCP / IP 协议

TCP/IP协议是Internet互联网最基本的协议，其在一定程度上参考了七层ISO模型。 OSI模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的，所以在TCP/IP协议中，七层被简化为了四个层次。TCP/IP模型中的各种协议，依其功能不同，被分别归属到这四层之中，常被视为是简化过后的七层OSI模型。 TCP/IP协议与七层ISO模型的对应关系，大致如下图所示：

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协议报文格式
TCP 和 UDP：类比打电话
- 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，点对点通信，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：类比发短信
- 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
- 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
- 可以广播发送
- 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

👣 二、IP 和端口号

IP 地址：InetAddress

唯一的标识 Internet 上的计算机（通信实体）
本地回环地址(hostAddress)： 127.0.0.1 主机名(hostName)： localhost
IP地址分类方式1： IPV4 和 IPV6
- IPV4： 4个字节组成， 4个0-255。大概42亿， 30亿都在北美，亚洲4亿。 2011年初已经用尽。以点分十进制表示，如192.168.0.1
- IPV6： 128位（16个字节），写成8个无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，数之间用冒号（：）分开，如： 3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
IP地址分类方式2：公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。 192.168.开头的就是私有址址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用
Internet上的主机有两种方式表示地址：
- 域名(hostName)： www.baidu.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.baidu.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
域名解析的过程：先找本机hostsC:\Windows\System32\drivers\etc\hosts，是否有输入的域名地址，没有的话，再通过DNS服务器，找主机。
InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下几个静态方法来获取InetAddress实例
- public static InetAddress getLocalHost()
- public static InetAddress getByName(String host)
InetAddress提供了如下几个常用的方法
- public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
- public String getHostName()：获取此 IP 地址的主机名
- public boolean isReachable(int timeout)：测试是否可以达到该地址

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。
端口分类：
- 公认端口： 0~1023。被预先定义的服务通信占用（如： HTTP占用端口80， FTP占用端口21， Telnet占用端口23）
- 注册端口： 1024~49151。分配给用户进程或应用程序。（如： Tomcat占用端口8080， MySQL占用端口3306， Oracle占用端口1521等）。
- 动态/私有端口： 49152~65535。
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字： Socket。

案例：

public class InetAddressTest {public static void main(String[] args) {try {//File file = new File("hello.txt");InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("192.168.10.14");System.out.println(inet1);InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println(inet2);InetAddress inet3 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");System.out.println(inet3);//获取本地ipInetAddress inet4 = InetAddress.getLocalHost();System.out.println(inet4);//getHostName()System.out.println(inet2.getHostName());//getHostAddress()System.out.println(inet2.getHostAddress());} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();}}}

🎁 三、TCP 网络层编程

🎨 3.1、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。
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
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。
Socket分类：
- 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
- 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务
Socket类的常用构造器：
- public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
- public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
Socket类的常用方法：
- public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
- public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
- public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
- public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。即本端的IP地址
- public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
- public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。
- public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和 OutputStream。
- public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将返回 EOF（文件结束符）。即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
- public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，则该流将抛出 IOException。即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

⭐ 3.2、基于Socket的TCP编程

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：

客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：
- 创建 Socket：根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
- 打开连接到 Socket 的输入/出流：使用 getInputStream()方法获得输入流，使用getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
- 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
- 关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路
客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连接。 Socket的构造器是：
- Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException：向服务器(域名是host。端口号为port)发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
- Socket(InetAddress address,int port)throws IOException：根据InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接。
服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：
- 调用 ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
- 调用 accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
- 调用该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
- 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。
ServerSocket 对象负责等待客户端请求建立套接字连接，类似邮局某个窗口中的业务员。也就是说，服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字连接的ServerSocket对象。
所谓“接收”客户的套接字请求，就是accept()方法会返回一个 Socket 对象

服务器端：

public class ServerDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("服务器启动");ServerSocket serverSocket = null;Socket socket = null;InputStream in = null;ByteArrayOutputStream out = null;try {serverSocket = new ServerSocket(8999);socket = serverSocket.accept();//io阻塞状态，等待客户端传输socketin = socket.getInputStream();out = new ByteArrayOutputStream();//得到客户端输入int length = -1;byte[] buffer = new byte[5];while ((length = in.read(buffer)) != -1) {out.write(buffer, 0, length);}System.out.println(socket.getInetAddress() + "\t" + out.toString());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {try {in.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}try {serverSocket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}try {socket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}try {out.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}}}

客户端：

public class ClientDemo {public static void main(String[] args) {Socket socket = null;OutputStream out = null;try {InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");socket = new Socket(address, 8999);out = socket.getOutputStream();out.write("hello socket".getBytes());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {try {out.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}try {socket.close();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}}}

QQ聊天案例：

客户端：

package org.example.c_qq;import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;public class QQChatClient {public static void main(String[] args) {try {// 连接到服务器Socket socket = new Socket("10.11.5.249", 8888);System.out.println("成功连接到服务器。");// 创建输入流和输出流BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);// 发送消息线程Thread sendThread = new Thread(() -> {try {BufferedReader userInput = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));while (true) {String message = userInput.readLine();out.println(message);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}});sendThread.start();// 接收消息线程Thread receiveThread = new Thread(() -> {try {while (true) {String receivedMessage = in.readLine();System.out.println("收到消息: " + receivedMessage);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}});receiveThread.start();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

服务器端：

package org.example.c_qq;import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;public class QQChatServer {// 存储连接到服务器的客户端Socketprivate static List<Socket> clients = new ArrayList<>();public static void main(String[] args) {try {// 创建服务器Socket并绑定端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);System.out.println("服务器已启动，等待客户端连接...");while (true) {// 接受客户端连接请求Socket clientSocket = serverSocket.accept();clients.add(clientSocket);System.out.println("客户端已连接，当前连接数: " + clients.size());// 创建处理客户端消息的线程Thread clientThread = new Thread(() -> {try {// 创建输入流和输出流BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);String message;while ((message = in.readLine()) != null) {System.out.println("收到消息: " + message);// 向所有客户端广播消息Scanner sc = new Scanner(System.in);broadcast(sc.next());}// 客户端断开连接后移除客户端Socketclients.remove(clientSocket);System.out.println("客户端已断开连接，当前连接数: " + clients.size());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}});clientThread.start();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 向所有客户端广播消息private static void broadcast(String message) {for (Socket client : clients) {try {PrintWriter out = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);out.println(message);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}
}

🏭 四、UDP网络编程

TCP网络模型类似打电话，UDP模型类似于发短信
TCP编程-服务端
- ServerSocket（端口号）：监听客户端输入
- socket = ServerSocket.accept：接收客户端socket
- socket.getInputSteam()，socket.getOutputSteam()的IO操作进行网络通讯
TCP编程的客户端
- Socket(InetAdress（ip地址），端口号)
- socket.getInputSteam()，socket.getOutputSteam()的IO操作进行网络通讯
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。如同发快递包裹一样。
DatagramSocket 类的常用方法
- public DatagramSocket(int port) 创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被绑定到通配符地址， IP 地址由内核来选择。
- public DatagramSocket(int port,InetAddress laddr) 创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。本地端口必须在 0 到 65535 之间（包括两者）。如果 IP 地址为 0.0.0.0，套接字将被绑定到通配符地址， IP 地址由内核选择。
- public void close() 关闭此数据报套接字。
- public void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包。 DatagramPacket 包含的信息指示：将要发送的数据、其长度、远程主机的 IP 地址和远程主机的端口号。
- public void receive(DatagramPacket p) 从此套接字接收数据报包。当此方法返回时， DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的 length 字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长，该信息将被截短。
- public InetAddress getLocalAddress() 获取套接字绑定的本地地址。
- public int getLocalPort() 返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
- public InetAddress getInetAddress() 返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接，则返回 null。
- public int getPort() 返回此套接字的端口。如果套接字未连接，则返回 -1。
DatagramPacket类的常用方法
- public DatagramPacket(byte[] buf,int length) 构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。 length 参数必须小于等于 buf.length。
- public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port) 构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。 length参数必须小于等于 buf.length。
- public InetAddress getAddress() 返回某台机器的 IP 地址，此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
- public int getPort() 返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的。
- public byte[] getData() 返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量 offset 处开始，持续 length 长度。
- public int getLength() 返回将要发送或接收到的数据的长度。
UDP网络通讯流程：
- DatagramSocket与DatagramPacket
- 建立发送端，接收端
- 建立数据包
- 调用Socket的发送、接收方法
- 关闭Socket

public class UDPServerDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {DatagramSocket socket = new DatagramSocket(10086);while (true) {//创建接收数据包DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);socket.receive(packet); //IO阻塞System.out.println(packet.getAddress() + " " + packet.getPort() + " " + new String(packet.getData(),0, packet.getLength()));}}}

public class UDPClientDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {DatagramSocket socket = new DatagramSocket();Scanner sc = new Scanner(System.in);String line = null;while ((line = sc.nextLine()) != null) {if ("88".equals(line)) {break;}DatagramPacket packet = new DatagramPacket(line.getBytes(), line.getBytes().length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10086);socket.send(packet);}socket.close();}}

🐾 五、URL编程

URL

URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一资源的地址。
它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
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。
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>#片段名?参数列表
- 例如: http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp#a?username=shkstart&password=123
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. baidu.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.baidu.com”, “download. html");
- public URL(String protocol, String host, int port, String file); 例如: URL gamelan = new URL(“http”, “www.baidu.com”, 80, “download.html");
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 getQuery( ) 获取该URL的查询名

URLConnection类

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.
- URL netchinaren = new URL (“http://www.baidu.com/index.shtml”);
- URLConnectonn u = netchinaren.openConnection( );
通过URLConnection对象获取的输入流和输出流，即可以与现有的CGI程序进行交互。
- public Object getContent( ) throws IOException
- public int getContentLength( )
- public String getContentType( )
- public long getDate( )
- public long getLastModified( )
- public InputStream getInputStream( )throws IOException
- public OutputSteram getOutputStream( )throws IOException

URI、 URL和URN的区别

URI，是uniform resource identifier，统一资源标识符，用来唯一的标识一个资源。
URL是uniform resource locator，统一资源定位符，它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
URN， uniform resource name，统一资源命名，是通过名字来标识资源，比如mailto:java-net@java.sun.com。也就是说， URI是以一种抽象的，高层次概念定义统一资源标识，而URL和URN则是具体的资源标识的方式。 URL和URN都是一种URI。
在Java的URI中，一个URI实例可以代表绝对的，也可以是相对的，只要它符合URI的语法规则。而URL类则不仅符合语义，还包含了定位该资源的信息，因此它不能是相对的。

案例

下载安装tomcat
*拷贝一个图片d:\tmp\apache-tomcat-8.5.92\webapps\ROOT*
启动tomcat

cd d:\tmp\apache-tomcat-8.5.92\bin\
startup

浏览器访问http://localhost:8080/target.jpg，得到图片
代码发送http请求，得到响应
http协议，请求和响应

public class HttpDemo {/*** java的HTTP框架*   - http-client apache*   - ok-http*   - HttpURLConnection：官方* @param args* @throws Exception*/public static void main(String[] args) throws Exception {URL url = new URL("http://localhost:8080/target.jpg");HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection(); //打开链接connection.connect(); //发送请求BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(connection.getInputStream());BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("target.jpg"));int length = -1;byte[] buffer = new byte[1024];while ((length = in.read(buffer)) != -1) {out.write(buffer, 0, length);}out.flush();in.close();out.close();connection.disconnect();}}