1 网络通信基础知识

• 网络编程可以让程序与网络上的其他设备中的程序进行数据交互
• 常见的通信模式有如下2种形式：==Client-Server(CS) ==、Browser/Server(BS)

实现网络编程关键的三要素：

• IP地址：设备在网络中的地址，是唯一的标识
• 端口：应用程序在设备中唯一的标识
• 协议: 数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议

1.1 IP地址

• IP（Internet Protocol）：全称”互联网协议地址”，是分配给上网设备的唯一标志
• 常见的IP分类为：IPv4和IPv6
  
• IPv6：128位（16个字节），号称可以为地球每一粒沙子编号。
• IPv6分成8个整数，每个整数用四个十六进制位表示， 数之间用冒号（:）分开
  

IP地址形式：

• 公网地址和私有地址(局域网使用)
• 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

使用局域网的好处：提高通信效率，节省IP

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

特殊IP地址：

• 本机IP: 127.0.0.1或者localhost：称为回送地址也可称本地回环地址，只会寻找当前所在本机

InetAddress类：

• 此类表示Internet协议（IP）地址

示例：

// 1.获取本机地址对象。
InetAddress ip1 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(ip1.getHostName());
System.out.println(ip1.getHostAddress());// 2.获取域名ip对象
InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(ip2.getHostName());
System.out.println(ip2.getHostAddress());// 3.获取公网IP对象。
InetAddress ip3 = InetAddress.getByName("112.80.248.76");
System.out.println(ip3.getHostName());
System.out.println(ip3.getHostAddress());// 4.判断是否能通： ping  5s之前测试是否可通
System.out.println(ip3.isReachable(5000));

1.2 端口号

端口号：标识正在计算机设备上运行的进程（程序），被规定为一个16 位的二进制，范围是 0~65535

端口类型：

• 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。（如：Tomcat占 用8080，MySQL占用3306）
• 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

我们自己开发的程序选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错

1.3 通信协议

• 连接和通信数据的规则被称为网络通信协议

网络通信协议有两套参考模型：

• OSI参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，由于此模型过于理想化，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

传输层的2个常见协议：

• TCP(Transmission Control Protocol) ：传输控制协议
• UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议

1.3.1 TCP协议：传输控制协议

TCP协议特点：

• 使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议
• 传输前，采用“三次握手”方式建立连接，所以是可靠的
• 在连接中可进行大数据量的传输
• 连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低

TCP协议通信场景：

• 对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信

1.3.2 UDP协议：用户数据报协议

UDP协议：

• UDP是一种面向无连接、不可靠传输的协议。
• 将数据源IP、目的地IP和端口封装成数据包，不需要建立连接
• 每个数据包的大小限制在64KB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

UDP协议通信场景：

• 语音通话，视频会话等

2 UDP通信

• UDP是一种无连接、不可靠传输的协议
• 将数据源IP、目的地IP和端口以及数据封装成数据包，大小限制在64KB内，直接发送出去即可

2.1 DatagramPacket：数据包对象

buf：内容（字节数组）
length：内容的字节长度
address：接收端的IP地址对象
port：接收端的端口号

2.2 DatagramSocket：发送端和接收端对象

2.3 示例：一发一收

客户端（发送端）：

public class ClientDemo1 {public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("=====客户端启动======");// 1、创建发送端对象：发送端自带默认的端口号（人）DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);// 2、创建一个数据包对象封装数据（韭菜盘子）/**public DatagramPacket(byte buf[], int length, InetAddress address, int port)参数一：封装要发送的数据（韭菜）参数二：发送数据的大小参数三：服务端的主机IP地址参数四：服务端的端口*/byte[] buffer = "我是一颗快乐的韭菜，你愿意吃吗？".getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket( buffer, buffer.length,InetAddress.getLocalHost() , 8888);// 3、发送数据出去socket.send(packet);socket.close();}
}

服务端（接收端）：

public class ServerDemo2 {public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("=====服务端启动======");// 1、创建接收端对象：注册端口（人）DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);// 2、创建一个数据包对象接收数据（韭菜盘子）byte[] buffer = new byte[1024 * 64];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);// 3、等待接收数据。socket.receive(packet);// 4、取出数据即可// 读取多少倒出多少int len = packet.getLength();String rs = new String(buffer,0, len);System.out.println("收到了：" + rs);// 获取发送端的ip和端口String ip  =packet.getSocketAddress().toString();System.out.println("对方地址：" + ip);int port  = packet.getPort();System.out.println("对方端口：" + port);socket.close();}
}

接收端（人）需要注册端口，发送端的数据包（数据）需指定端口（与接收端注册的端口一致）

2.4 示例：多发多收

• 加while循环持续接收、持续发送

客户端（发送端）：

public class ClientDemo1 {public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("=====客户端启动======");// 1、创建发送端对象：发送端自带默认的端口号（人）DatagramSocket socket = new DatagramSocket();Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说：");String msg = sc.nextLine();if("exit".equals(msg)){System.out.println("离线成功！");socket.close();break;}// 2、创建一个数据包对象封装数据（韭菜盘子）byte[] buffer = msg.getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket( buffer, buffer.length,InetAddress.getLocalHost() , 8888);// 3、发送数据出去socket.send(packet);}}
}

服务端（接收端）：

public class ServerDemo2 {public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("=====服务端启动======");// 1、创建接收端对象：注册端口（人）DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);// 2、创建一个数据包对象接收数据（韭菜盘子）byte[] buffer = new byte[1024 * 64];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);while (true) {// 3、等待接收数据。socket.receive(packet);// 4、取出数据即可// 读取多少倒出多少int len = packet.getLength();String rs = new String(buffer,0, len);System.out.println("收到了来自：" + packet.getAddress() +", 对方端口是" + packet.getPort() +"的消息：" + rs);}}
}

2.5 UDP实现广播

• 使用广播地址：255.255.255.255

具体操作：

• 发送端发送的数据包的目的地写的是广播地址、且指定端口。 （255.255.255.255 , 9999）
• 本机所在网段的其他主机的程序只要注册对应端口就可以收到消息了。（9999）

DatagramPacket packet = new DatagramPacket( buffer, buffer.length,InetAddress.getByName("255.255.255.255") , 9999);

2.6 UDP实现组播

• 使用组播地址：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

具体操作：

• 发送端的数据包的目的地是组播IP (例如：224.0.1.1, 端口：9999)
• 接收端必须绑定该组播IP(224.0.1.1)，端口还要注册发送端的目的端口9999 ，这样即可接收该组播消息。
• DatagramSocket的子类MulticastSocket可以在接收端绑定组播IP

// 1、创建接收端对象：注册端口（人）
MulticastSocket socket = new MulticastSocket(9999);// 注意：绑定组播地址（加群）
socket.joinGroup(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName("224.0.1.1") , 9999),NetworkInterface.getByInetAddress(InetAddress.getLocalHost()));

3 TCP通信

• TCP是一种面向连接，安全、可靠的传输数据的协议
• 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
• 在连接中可进行大数据量的传输

3.1 Socket类：客户端

3.2 ServerSocket类：服务端

3.3 一发一收

客户端：

public class ClientDemo1 {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("====客户端启动===");// 1、创建Socket通信管道请求有服务端的连接// public Socket(String host, int port)// 参数一：服务端的IP地址// 参数二：服务端的端口Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 7777);// 2、从socket通信管道中得到一个字节输出流 负责发送数据OutputStream os = socket.getOutputStream();// 3、把低级的字节流包装成打印流PrintStream ps = new PrintStream(os);// 4、发送消息ps.println("我是TCP的客户端，我已经与你对接，并发出邀请：约吗？");ps.flush();// 关闭资源。// socket.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

服务端：

public class ServerDemo2 {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===服务端启动成功===");// 1、注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);// 2、必须调用accept方法：等待接收客户端的Socket连接请求，建立Socket通信管道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、把字节输入流包装成缓冲字符输入流进行消息的接收BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));// 5、按照行读取消息String msg;if ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "说了：: " + msg);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

3.4 多发多收

• 加while循环持续接收、持续发送

客户端：

public class ClientDemo1 {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("====客户端启动===");// 1、创建Socket通信管道请求有服务端的连接// public Socket(String host, int port)// 参数一：服务端的IP地址// 参数二：服务端的端口Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 7777);// 2、从socket通信管道中得到一个字节输出流 负责发送数据OutputStream os = socket.getOutputStream();// 3、把低级的字节流包装成打印流PrintStream ps = new PrintStream(os);Scanner sc =  new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请说：");String msg = sc.nextLine();// 4、发送消息ps.println(msg);ps.flush();}// 关闭资源。// socket.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

服务端：

public class ServerDemo2 {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===服务端启动成功===");// 1、注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);// 2、必须调用accept方法：等待接收客户端的Socket连接请求，建立Socket通信管道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、把字节输入流包装成缓冲字符输入流进行消息的接收BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));while (true) {// 5、按照行读取消息String msg;while ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "说了：: " + msg);}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

3.5 同时接受多个客户端消息

• 引入多线程
  • 主线程定义了循环负责接收客户端Socket管道连接
  • 每接收到一个Socket通信管道后分配一个独立的线程负责处理它

客户端不变：

• 同上

自定义线程类处理：

public class ServerReaderThread extends Thread{private Socket socket;public ServerReaderThread(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {// 3、从socket通信管道中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();// 4、把字节输入流包装成缓冲字符输入流进行消息的接收BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));// 5、按照行读取消息String msg;while ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "说了：: " + msg);}} catch (Exception e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "下线了！！！");}}
}

服务端：

public class ServerDemo2 {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===服务端启动成功===");// 1、注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);// a.定义一个死循环由主线程负责不断的接收客户端的Socket管道连接。while (true) {// 2、每接收到一个客户端的Socket管道，交给一个独立的子线程负责读取消息Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+ "它来了，上线了！");// 3、开始创建独立线程处理socketnew ServerReaderThread(socket).start();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

3.6 利用线程池优化

• 服务端可以复用线程处理多个客户端，可以避免系统瘫痪。
• 适合客户端通信时长较短的场景

自定义任务对象：

public class ServerReaderRunnable implements Runnable{private Socket socket;public ServerReaderRunnable(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {// 3、从socket通信管道中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();// 4、把字节输入流包装成缓冲字符输入流进行消息的接收BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));// 5、按照行读取消息String msg;while ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "说了：: " + msg);}} catch (Exception e) {System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress() + "下线了！！！");}}
}

服务端：

public class ServerDemo2 {// 使用静态变量记住一个线程池对象private static ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(300,1500, 6, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(2), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===服务端启动成功===");// 1、注册端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);// a.定义一个死循环由主线程负责不断的接收客户端的Socket管道连接。while (true) {// 2、每接收到一个客户端的Socket管道，Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getRemoteSocketAddress()+ "它来了，上线了！");// 任务对象负责读取消息。Runnable target = new ServerReaderRunnable(socket);pool.execute(target);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

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