一、网络编程概述

Java提供的网络类库，可以实现无痛的网络连接，联网的底层细节被隐藏在Java的本机安装系统里，由JVM进行控制。

并且Java实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境。

1. 计算机网络

把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源。

2. 网络编程的目的

直接或间接地通过网络协议与其他计算机实现数据交换，进行通讯。

3. 网络编程中的两个主要问题

• 如何准确的定位网络上一台或多台主机；定位主机上特定的应用。
• 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输。

二、网络通信要素概述

1. 如何实现网络中主机地互相通信

通信双方地址

• IP
• 端口号

网络通信协议（两套）

• 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
  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 物理+数据链路层

数据传输的过程实际上就是数据封装和数据拆封的两个部分。

三、通信要素1：IP和端口号

IP地址

IP地址：InetAddress（在Java中使用InetAddress类代表IP）

唯一的表示Internet上的计算机实体（通信实体）

本地回环地址（hostAddress，本机的IP地址）：127.0.0.1，也可以叫localhost

1. IP地址分类方式1：IPV4和IPV6

• IPV4：4个字节组成，4个0~255。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4个16进制位表示，数之间使用:分开，如：3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984。

2. IP地址分类方式2：公网地址、私有地址。

IP的特点：不易记忆，所以出现了域名。比如：www.baidu.com【百度】，使用DNS域名解析可以将域名转换称为IP地址。

位于网络中的计算机具有唯一的IP地址，这样不同的主机可以互相区分。

端口号

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
• 端口被分为：
  • 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。

InetAddress类

Internet上的主机有两种方式表示地址：

• 域名（hostName）：www.atguigu.com
• IP地址（hostAddress）：202.108.35.210

InetAddress类主要表示IP地址，有两个子类：Inet4Address、Inet6Address。

InetAddress类对象含有一个Internet主机地址的域名和IP地址：www.atguigu.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）负责将域名转化为IP地址，这样才能和主机建立连接。

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示例。

• public static InetAddress getLocalHost()
• public static InetAddress getByName(String port)

InetAddress提供了如下几个常用的方法：

• public String getHostAddress()：返回此IP地址的字符串（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

InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
System.out.println(inet1);
//获取该对象所包含的域名
System.out.println(inet1.getHostName());
//获取该对象所包含的IP地址
System.out.println(inet1.getHostAddress());

//获取本机的域名和IP地址
InetAddress inet2 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inet2)

Java中有关网络方面的功能都定义在java.net程序包中。

Java用InetAddress对象表示IP地址，该对象里有两个字段：主机名(String)和IP地址(int)

四、通信要素2：网络协议

1. 网络通信协议：

计算机网络中实现通信必须有一些规定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。

问题：网络协议太过复杂

计算机网络通信涉及内容很多，比如指定源地址和目标地址，加密解密，压缩解压缩，差错控制，流量控制，路由控制，如何实现如此复杂的网络协议呢？

通信协议分层的思想

在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以互相通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和拓展。

2. TCP/IP协议簇

传输层协议中有两个非常重要的协议

• 传输控制协议层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。

3. TCP和UDP

TCP协议：

• 使用TCP协议前，必须建立TCP连接，形成传输数据的通道。
• 传输前，采用“三次握手、四次挥手”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，需要释放已经建立的连接，效率较低。

UDP协议：

• 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接。
• 每个数据报的大小控制在64k之内
• 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，所以是不可靠的。
• 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。

Socket

利用套接字（Socket）开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于称为事实上的标准。

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，他是两台机器间通信的端点。

网络通信其实就是Socket之间的通信。

Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket之间通过IO传输。

一般主动发起通信的应用程序叫做客户端，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。

• IP：位于网络中的计算机具有唯一的IP地址，这样不同的主机可以互相区分。
• 端口号：是对一个服务的访问场所，它用于区分同一物理计算机的多个服务。
• Socket套接字：用于连接客户端和服务器，客户端和服务器之间的每个通信会话使用一个不同的Socket。
• 客户端-服务器是一种最常见的网络应用程序模型。
  • 服务器：是一个为其客户端提供某种特定服务的软件或硬件。
  • 客户端：是一个用户应用程序，用于访问某台服务器提供的服务。
• TCP协议：用户实现面向连接的会话。

五、TCP网络编程

1. 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：

• 服务端一般是Tomcat或自定义
• 客户端一般是浏览器或自定义

2.客户端Socket的工作过程：

1. 创建Socket：根据指定服务端的IP地址或端口号使用Socket(InetAddress address, int port)构造方法构造Socket类对象。若服务器端调用accept()方法响应了，则建立客户端到服务端的通信线路。若连接失败，就会出现异常。
   • 客户端程序使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器端发起连接。Socket的构造器有：
     • Socket(String host, int port)throws UnkownHostException,IOException：向服务器端（域名是host，字符串类型；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对象方法所表示IP地址以及端口号port发起连接。
2. 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。
3. 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消息），通过输出流将信息写入线程。
4. 关闭线程：断开客户端到服务器的连接，释放线路。

3. 服务端Socket的工作过程：

1. 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。
2. 调用accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接收连接，返回通信套接字对象。
3. 调用该Socket类对象的getInputStream()、getOutputStream()：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
4. 关闭ServerSocket流和Socket对象：客户端的访问结束，关闭通信套接字。

服务器必须事先建立一个等待客户端请求连接套接字连接的ServerSocket对象。

• 服务器端实现建立了一个等待客户端连接的ServerSocket对象，指定端口为8888。并使用accept()方法监听一个客户端的连接，即等待客户端的连接。（accpet方法是个阻塞的方法，如果没有客户端连接，就会一直等待）。
• 此时客户端构造Socket对象，准备连接服务器。而服务端监听到一个连接，就会接收这个连接，这样客户端和服务端已经完成了通信。
• 完成两个端的通信之后，就可以利用输入输出流进行数据的通信，首先是客户端发出数据，由服务端接收。进行逻辑及数据处理之后，向客户端发出消息，由客户端接收消息。
• 当两端数据通信完成之后，客户端和服务端就可以关闭Socket，不再进行通信了。而当服务端不再与任何客户端通信之后，即可关闭服务端ServerSocket了。

public class TcpTest3 {

    @Test
    public void client(){
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        FileInputStream fis = null;
        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            //socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9090);也可以
            //封装一个socket，指明IP地址和端口号
            socket = new Socket("127.0.0.1",9090);
            //获得输出流，用于输出字符
            os = socket.getOutputStream();
            //使用输入字节流将图片信息通过输出流输出到服务端
            fis = new FileInputStream(new File("鬼刀2.jpg"));
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, len);
            }
            //关闭数据的输出
            socket.shutdownOutput();

            //将反馈信息显示控制台上
            is = socket.getInputStream();
            baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer1 = new byte[5];
            int len1;
            while ((len1 = is.read(buffer1)) != -1){
                baos.write(buffer1,0,len1);
            }
            System.out.println(baos.toString());

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (baos != null) {
                    baos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (is != null) {
                    is.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (fis != null) {
                    fis.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (os != null) {
                    os.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (socket != null) {
                    socket.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    @Test
    public void server(){

        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            //第一步：创建服务器端的Socket:ServerSocket,指明自己的端口号
            ss = new ServerSocket(9090);
            //第二步：调用accept()表示接收来自于客户端的socket
            socket = ss.accept();
            //第三步：获取输入流
            is = socket.getInputStream();
            //第四步：读取当前的输入流，在使用文件输出字节流将图片输出
            fos = new FileOutputStream(new File("beauty2.jpg"));
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len ;
            while ((len = is.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }

            System.out.println("图片传输完成！");

            //服务器端给予客户端反馈
            os = socket.getOutputStream();
            os.write("你好，美女，照片我已收到！".getBytes());

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //第五步：关闭资源
            try {
                if (os != null) {
                    os.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (fos != null) {
                    fos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (is != null) {
                    is.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (socket != null) {
                    socket.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (ss != null) {
                    ss.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

当完成发送以后服务端返回值时，由于IO是阻塞式的，如果不停止流那么流就不会停止的，需要使用socket.shutdownOutput()方法来停止阻塞。

类Socket和ServerSocket实现了基于TCP协议的客户端-服务器程序。

Socket是客户端和服务器之间的连接，连接创建的细节被隐藏了。这个连接提供了一个安全的数据传输通道，这是因为TCP协议可以解决数据在传送过程中的丢失、损坏、重复、乱序以及网络拥挤等问题，它保证数据可靠的传送。

六、UDP网络编程

1. UDP网络通信

• 类DatagramSocket和DatagramPacket实现了基于UDP协议网络程序。
• UDP数据包通过数据包套接字DatagramSocket发送和接收，系统不保证UDP数据包一定可以安全的送到目的地，也不确定什么时候可以抵达。
• DatagramPacket对象封装了UDP数据包，在数据包中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。
• UDP协议中每个数据包都给出了完整的地址信息，因此无需建立发送方和接收方的连接。如同发快递包裹一样(已知了接收方的姓名和地址和发送方的姓名和地址)。

2. UDP通信的流程

发送端和接收端是两个独立的运行程序

• DatagramSocket与DatagramPacket
• 建立起发送端和接收端
• 建立数据包
• 调用Socket的发送和接收的方法。
• 关闭Socket的通信

@Test
public void sender() throws IOException {
    //DatagramSocket是负责发送和接收DatagramPacket。即数据包
    DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
    String str = "我是UDP方式发送的导弹";
    byte[] data = str.getBytes();
    InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
    //DatagramPacket封装了数据包，而数据包包含了（1.发送方的IP和端口号、接收方的IP和端口号）
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,0,data.length,inet,9090);
    //发送数据包
    socket.send(packet);
    //关闭流
    socket.close();
}


//接收端，要指定监听的端口
@Test
public void receiver() throws IOException {
    //指定通信的端口为9090
    DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
    //使用缓冲进行接收数据包
    byte[] buffer = new byte[100];
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,0,buffer.length);
    //接收数据包
    socket.receive(packet);
    System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));
    socket.close();
}

七、URL编程

1. URL类

URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示Internet上某一个资源的地址。

• 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/hello/index.jsp#a?username=123123

• 片段名：即锚点，例如看小说，直接定位到章节。

• 参数列表格式：参数名=参数值&参数名=参数值

2. URL类的构造器

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出一个URL类的对象。
• public URL(URL context,String spec)：通过基URL和相对URL构造一个URL对象。
• public URL(String protocol,String host,String file)
• public URL(Stirng protocol,String host,int port,String file)

URL类的构造器都声明抛出非运行时异常MalformedURLException，必须要对这一异常进行处理，通常是使用try-catch语句进行捕获。

3. 常用方法：

4. 针对HTTP协议的URLConnection类

• URL的方法openStream()：能从网络上读取数据。

• 若希望输出数据，例如向服务器端的CGI程序发送一些数据，则必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，此时需要使用URLConnection。

• 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。

• 针对HTTP协议的urlConnection类是HttpURLConnection类，是URLConnection类的子类。

• 通过URLConnection对象获取到输入流和输出流，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获取输入流
  • public OutputStream getOutputStream() throws IOException获取输出流

5. URI、URL、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，他是一种具体的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：是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.sum.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示例可以代表绝对的，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，还包含了定义该资源的信息，因此他不能是相对的。

类URL和URLConnection提供了最高级的网络应用。

URL的网络资源的位置来统一表示Internet上各种网络资源。通过URL对象可以创建当前应用程序和URL表示的网络资源之间的连接，这样当前程序就可以读取网络资源数据，或者把自己的数据传送到网络上去。

Java基础-网络编程

原文：https://www.cnblogs.com/guosiliang/p/13584610.html