Java网络编程

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本章节对应知识库

网络编程 (yuque.com)

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软件架构

• C/S架构 ：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有QQ、美团app、360安全卫士等软件。

• B/S架构 ：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有IE、谷歌、火狐等。

两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。网络编程，就是在一定的协议下，实现两台计算机的通信的程序。

网络传输

实现网络传输的三个要素

》使用IP地址（准确地定位网络上一台或多台主机）

》使用端口号（定位主机上的特定应用）

》规范网络通信协议（可靠、高效地进行数据传输）

IP地址

作用：用来给网络中地一台计算机设备做唯一地编号

IP地址分类

》IP地址分类方式1

IPv4(占用4个字节) IPv6(占用16个字节)

》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，以192.168开头）

本地回路地址

127.0.0.1

端口号

》可以唯一识别主机中的进程（应用程序）

》不同进程分配不同的端口号

》范围0~65535

网络通信协议

• 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。

Java：InetAddress类

InetAddress类主要表示IP地址

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)
• public static InetAddress getByAddress(byte[] addr)

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

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
 
import org.junit.Test;
 
public class TestInetAddress {
    @Test
    public void test01() throws UnknownHostException{
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost);
    }
 
    @Test
    public void test02()throws UnknownHostException{
        InetAddress atguigu = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
        System.out.println(atguigu);
    }
 
    @Test
    public void test03()throws UnknownHostException{
//		byte[] addr = {112,54,108,98};
        byte[] addr = {(byte)192,(byte)168,24,56};
        InetAddress atguigu = InetAddress.getByAddress(addr);
        System.out.println(atguigu);
    }
}

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TCP协议与UDP协议

TCP协议：

可靠的连接（发送数据前，需要三次握手，结束时，四次挥手），进行大数据量的传输，效率低

• TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。
• 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道
• 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的

• • TCP协议使用重发机制，当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体确认信息，如果没有收到另一个通信实体确认信息，则会再次重复刚才发送的消息。

• 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：

不可靠连接（发送前，不需要确认对方是否存在），使用数据报传输（限制在64kb以内），效率高

• UDP协议进行通信的两个应用进程：发送端、接收端。
• 将数据、源、目的封装成数据包（传输的基本单位），不需要建立连接
• 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，不能保证数据的完整性，故是不可靠的
• 每个数据报的大小限制在64K内
• 发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高
• 适用场景：音频、视频和普通数据的传输。例如视频会议

TCP生活案例：打电话

UDP生活案例：发送短信、发电报

三次握手

TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠。

• 第一次握手，客户端向服务器端发起TCP连接的请求
• 第二次握手，服务器端发送针对客户端TCP连接请求的确认
• 第三次握手，客户端发送确认的确认

1、客户端会随机一个初始序列号seq=x，设置SYN=1 ，表示这是SYN握手报文。然后就可以把这个 SYN 报文发送给服务端了，表示向服务端发起连接，之后客户端处于同步已发送状态。

2、服务端收到客户端的 SYN 报文后，也随机一个初始序列号(seq=y)，设置ack=x+1，表示收到了客户端的x之前的数据，希望客户端下次发送的数据从x+1开始。设置 SYN=1 和 ACK=1。表示这是一个SYN握手和ACK确认应答报文。最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于同步已接收状态。

3、客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，将ACK置为 1 ，表示这是一个应答报文ack=y+1 ，表示收到了服务器的y之前的数据，希望服务器下次发送的数据从y+1开始。最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带数据，之后客户端处于 连接已建立 状态。服务器收到客户端的应答报文后，也进入连接已建立状态。

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

四次挥手

TCP协议中，在发送数据结束后，释放连接时需要经过四次挥手。

• 第一次挥手：客户端向服务器端提出结束连接，让服务器做最后的准备工作。此时，客户端处于半关闭状态，即表示不再向服务器发送数据了，但是还可以接受数据。
• 第二次挥手：服务器接收到客户端释放连接的请求后，会将最后的数据发给客户端。并告知上层的应用进程不再接收数据。
• 第三次挥手：服务器发送完数据后，会给客户端发送一个释放连接的报文。那么客户端接收后就知道可以正式释放连接了。
• 第四次挥手：客户端接收到服务器最后的释放连接报文后，要回复一个彻底断开的报文。这样服务器收到后才会彻底释放连接。这里客户端，发送完最后的报文后，会等待2MSL，因为有可能服务器没有收到最后的报文，那么服务器迟迟没收到，就会再次给客户端发送释放连接的报文，此时客户端在等待时间范围内接收到，会重新发送最后的报文，并重新计时。如果等待2MSL后，没有收到，那么彻底断开。

1、客户端打算断开连接，向服务器发送FIN报文(FIN标记位被设置为1，1表示为FIN，0表示不是)，FIN报文中会指定一个序列号，之后客户端进入FIN_WAIT_1状态。也就是客户端发出连接释放报文段(FIN报文)，指定序列号seq = u，主动关闭TCP连接，等待服务器的确认。

2、服务器收到连接释放报文段(FIN报文)后，就向客户端发送ACK应答报文，以客户端的FIN报文的序列号 seq+1 作为ACK应答报文段的确认序列号ack = seq+1 = u + 1。接着服务器进入CLOSE_WAIT(等待关闭)状态，此时的TCP处于半关闭状态(下面会说什么是半关闭状态)，客户端到服务器的连接释放。客户端收到来自服务器的ACK应答报文段后，进入FIN_WAIT_2状态。

3、服务器也打算断开连接，向客户端发送连接释放(FIN)报文段，之后服务器进入LASK_ACK(最后确认)状态，等待客户端的确认。服务器的连接释放(FIN)报文段的FIN=1，ACK=1，序列号seq=m，确认序列号ack=u+1。

4、客户端收到来自服务器的连接释放(FIN)报文段后，会向服务器发送一个ACK应答报文段，以连接释放(FIN)报文段的确认序号 ack 作为ACK应答报文段的序列号 seq，以连接释放(FIN)报文段的序列号 seq+1作为确认序号ack。

之后客户端进入TIME_WAIT(时间等待)状态，服务器收到ACK应答报文段后，服务器就进入CLOSE(关闭)状态，到此服务器的连接已经完成关闭。客户端处于TIME_WAIT状态时，此时的TCP还未释放掉，需要等待2MSL后，客户端才进入CLOSE状态。

JavaSocket类

• 网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起构成唯一能识别的标识符套接字（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。网络通信其实就是Socket间的通信。
• 通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。
• 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

• • • ServerSocket：此类实现TCP服务器套接字。服务器套接字等待请求通过网络传入。
    • Socket：此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点。

• • 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务

• • • DatagramSocket：此类表示用来发送和接收UDP数据报包的套接字。

//客户端发送内容给服务端，服务端将内容打印到控制台上。
 
//客户端 发出方：outputimport java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
 
public class Client {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1、准备Socket，连接服务器，需要指定服务器的IP地址和端口号
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
 
        // 2、获取输出流，用来发送数据给服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 发送数据
        out.write("lalala".getBytes());
        //会在流末尾写入一个“流的末尾”标记，对方才能读到-1，否则对方的读取方法会一致阻塞
        socket.shutdownOutput();
 
        //3、获取输入流，用来接收服务器发送给该客户端的数据
        InputStream input = socket.getInputStream();
        // 接收数据
        byte[] data = new byte[1024];
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        int len;
        while ((len = input.read(data)) != -1) {
            s.append(new String(data, 0, len));
        }
        System.out.println("服务器返回的消息是：" + s);
 
        //4、关闭socket，不再与服务器通信，即断开与服务器的连接
        //socket关闭，意味着InputStream和OutputStream也关闭了
        socket.close();
    }
}
 
//服务器：接受方 input
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
 
public class Server {
 
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        //1、准备一个ServerSocket对象，并绑定8888端口
        ServerSocket server =  new ServerSocket(8888);
        System.out.println("等待连接....");
 
        //2、在8888端口监听客户端的连接，该方法是个阻塞的方法，如果没有客户端连接，将一直等待
        Socket socket = server.accept();
        InetAddress inetAddress = socket.getInetAddress();
        System.out.println(inetAddress.getHostAddress() + "客户端连接成功！！");
 
        //3、获取输入流，用来接收该客户端发送给服务器的数据
        InputStream input = socket.getInputStream();
        //接收数据
        byte[] data = new byte[1024];
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        int len;
        while ((len = input.read(data)) != -1) {
            s.append(new String(data, 0, len));
        }
        System.out.println(inetAddress.getHostAddress() + "客户端发送的消息是：" + s);
 
        //4、获取输出流，用来发送数据给该客户端
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //发送数据
        out.write("欢迎登录".getBytes());
        out.flush();
 
        //5、关闭socket，不再与该客户端通信
        //socket关闭，意味着InputStream和OutputStream也关闭了
        socket.close();
 
        //6、如果不再接收任何客户端通信，可以关闭ServerSocket
        server.close();
    }
}

URL

作用：一个具体的url对应着互联网上某一资源的地址

URL格式

网络编程 · 语雀

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