十六、 网络编程
16.1 网络编程概述
- 网络编程的目的： 直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯。
- 网络编程有两个主要问题：
- 如何在网络上准确定位一台或多台主机；定位主机上的特定应用程序。
- 找到主机后如何可靠高效地传输数据？
16.2 网络通信元素概述
网络编程中的两个主要问题对应以下两个要素：
-
要素一：IP和端口号
- IP ：相当于每个主机的身份证号码，是网络中唯一定位的主机。
- 端口号：区分主机上不同的应用程序，通信哪个应用程序。
-
要素二:网络通信协议
网络通信数据流动方向：
16.3 通信要素1：IP和端口号
16.3.1 IP的理解
IP 地址有两种分类方式，一种是按 IPV4/IPV6 划分；二是按公网地址/私人地址划分。
-
IPV4 ：4 个字节 (Byte) 组成， 4 × 8 = 32 4×8=32 4×8=32 bit 。可表示 2 32 = 2^{32}= 232= 42.9亿个 IP 地址。由 4 个 0~255 例如：
192.168.0.1 -
IPV6 ：16 个字节 (Byte) 组成， 16 × 8 = 128 16×8=128 16×8=128 bit 。可表示 2 128 = 3.4 × 1 0 38 2^{128}=3.4×10^{38} 2128=3.4×1038 个 IP 地址。写成8个无符号整数，每个整数用 4 个十六进制位表示，每个整数的范围是 (0000~ffff)，十进制是 0~65535 。数之间用冒号 (😃 隔开。例如：
3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
**2.分类方式二：公网地址 (万维网使用) 和 私有地址 (局域网使用) **
- 以
192.168开头的就是私有地址，范围是 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 ，能表示 2 16 = 65536 2^{16}=65536 216=65536 个 IP 地址。专门为组织机构内部使用。
16.3.2 InetAddress类的使用
-
Java 中使用 InetAddress 类的对象来表示 IP 地址。就和用 File 类表示本地的一个文件一样。
-
一个 InetAddress 类的对象，就代表一个 IP 地址。
-
本地的回路地址是 127.0.0.1 ，对应域名是 localhost 。
-
InetAddress 类把构造器私有化了，只能通过以下静态方法返回一个 InetAddress 对象来实例化：
方法 作用 static InetAddress getByName(String host) 形参可以输入域名或者IP地址，返回该IP地址的InetAddress实例 static InetAddress getLocalHost() 返回本机 IP 的 InetAddress 实例 【注意】本地回路地址 127.0.0.1 与本机 IP 地址是两个不同的概念。本地回路地址 127.0.0.1 指的是直接访问本地的资源；本机 IP 地址指的是本机在网络中的身份证号码。
-
InetAddress 还提供了 2 个方法：
方法 作用 String getHostName() 返回 InetAddress 对象的主机域名 String getHostAddress() 返回 InetAddress 对象的 IP 地址
：
public static void main(String[] args) {
try {
//方法一：通过域名返回InetAddress实例
InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("www.ouc.edu.cn");
System.out.println(inet1);
//方法二：通过IP地址返回InetAddress实例
InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("39.156.66.18");
System.out.println(inet2);
//获取本机的IP
InetAddress inet3 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inet3);
//返回 InetAddress 对象的主机域名
System.out.println(inet1.getHostName());
//返回 InetAddress 对象的 IP 地址
System.out.println(inet1.getHostAddress());
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
}
}
输出：
www.ouc.edu.cn/211.64.142.153
/39.156.66.18
DESKTOP-90ISQ2L/169.254.79.141
www.ouc.edu.cn
211.64.142.153
16.3.3 端口号的理解
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。
- 端口号用一个 16 位二进制的整数表示，一共能表示 2 16 = 65536 2^{16}=65536 216=65536 个进程，范围是 0 ~ 65535 。
- 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，这些只是程序的默认端口，是可以设置更改的) 。
- 动态/私有端口：49152 ~ 65535 。
从上面这幅图可以看出，光有 IP 地址的话，只是定位到某一台主机，而 IP 地址 + 端口号才能精准定位到 2 个要通信的进程。因此，不同计算机上的进程才是网络通信中最小的节点单元。
。
16.4 通信要素2：网络协议
- 同层间可以通信、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，利于系统的开发和扩展。
16.4.1 TCP/IP协议簇
- TCP 协议：传输控制协议 (Transmission Control Protocol)
- IP 协议：网络互联协议 (Internet Protocol)
- UDP 协议：用户数据报协议 (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 。
16.4.2 TCP和UDP网络协议的对比
1.TCP 协议：
-
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，需通过 “四次挥手” 方式释放已建立的连接，效率低。
2.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。
TCP 协议适合对数据精准度要求很高的场景；而 UDP 适合对丢包容忍度较高，但对实时性比较高的场景。
16.4.3 Socket的使用
-
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 ） 数据报套接字（ datagram socket ） 使用 TCP 提供可依赖的字节流服务 使用 UDP 提供 “尽力而为” 的数据报服务
16.4.4 Socket常用方法
16.5 TCP网络编程
16.5.1 例子1
需求：客户端发送信息给客户端，服务端将数据显示在控制台上。
@Test
public void client() {
//客户端
Socket socket = null;
OutputStream os = null;
try {
InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
//1.创建Socket对象，指明通信对象的IP地址和端口号
socket = new Socket(inet, 1998);
//2.getOutputStream()方法：返回此套接字的输出流。用于发送网络消息
os = socket.getOutputStream();
//3.用write()写要传输的数据
os.write("我一定要去大厂！".getBytes());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//4.关闭流和socket
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() {
//服务端
Socket socket = null;
InputStream is = null;
ServerSocket serverSocket = null;
ByteArrayOutputStream baos = null;
try {
//1.创建ServerSocket，构造器形参是通信的端口号，客户端必须跟服务端的端口号一致
serverSocket = new ServerSocket(1998);
//2.调用ServerSocket的accept()方法，表示可以接收来自客户端的Socket
socket = serverSocket.accept();
//3.调用Socket的getInputStream()方法返回输入流
is = socket.getInputStream();
//4.把输入流的数据显示到控制台上
//不建议直接使用String输出, 会出现buffer太小，装不完完整中文编码出现乱码的情况
// byte[] buffer = new byte[1024];
// int len;
// while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
// System.out.println(new String(buffer, 0, len));
// }
//建议使用上一节说到的ByteArrayOutputStream，读取输出流中的数据
baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[16];
int len;
while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
baos.write(buffer, 0, len);
}
//把ByteArrayOutputStream内部的字节数组全部整体上转换成字符串
System.out.println(baos.toString());
//显示一下别的信息
System.out.println("收到了来自于：" + socket.getInetAddress().getHostAddress() + "的数据");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//5.关闭所有流和Socket
try {
if (baos != null)
baos.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 (serverSocket != null)
serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
【注意】要先启动服务端，再启动客户端。
【体会】写完这个例子我真的激动了好久。这一节的学习让我有一个新的质的飞跃，能让我跨网络传输 Java 数据了。不再只局限于在本地主机上编写代码，真正开启我的 Java 互联网时代！
16.5.2 例子2
需求：客户端发送文件给服务端， 服务端将文件保存在本地。
@Test
public void client() {
//客户端
Socket socket = null;
OutputStream os = null;
BufferedInputStream bis = null;
try {
// 1.创建Socket，指明要发送的IP地址和端口
InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
socket = new Socket(inet, 2500);
// 2.调用Socket的getOutputStream()方法，返回输出流
os = socket.getOutputStream();
// 3.把客户端本地的文件读进来，并写出到输出流OutputStream
bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("YOLOv5视频目标检测.mp4"));
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
os.write(buffer, 0, len);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 4.关闭流和Socket资源
try {
if (bis != null)
bis.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() {
//服务端
ServerSocket serverSocket = null;
Socket socket = null;
InputStream is = null;
BufferedOutputStream bos = null;
try {
// 1.创建ServerSocket，指明对外服务的端口号，客户端的端口号必须与服务端的端口号一致
serverSocket = new ServerSocket(2500);
// 2.调用serverSocket.accept()，返回接收Socket
socket = serverSocket.accept();
// 3.调用socket.getInputStream()，返回一个输入流
is = socket.getInputStream();
// 4.创建字节输出流，用来输出接收到的文件
bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("G:\\io\\YOLOv5视频目标检测1.mp4"));
// 5.把从客户端输入流的文件输出到服务端本机上
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
bos.write(buffer, 0, len);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 6.关闭流和Socket
try {
if (bos != null)
bos.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 (serverSocket != null)
serverSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
【注意】要先启动服务端，再启动客户端。
16.5.3 例子3
需求：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端。并关闭相应的连接。
可以基于例子2的代码基础上进行迭代优化。
以下是我的首次代码，运行之后不断转圈。首要原因是大体思路错了，不应该在一个客户端或一个服务端中同时有 Socket 和 ServerSocket 。其实一个 Socket 是即可以发送，也可以接收的。
@Test public void client() { //客户端 Socket socket = null; OutputStream os = null; BufferedInputStream bis = null; ByteArrayOutputStream baos = null; InputStream is = null; Socket socketReceive = null; ServerSocket serverSocket = null; try { // 1.创建Socket，指明要发送的IP地址和端口 InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); socket = new Socket(inet, 2500); // 2.调用Socket的getOutputStream()方法，返回输出流 os = socket.getOutputStream(); // 3.把客户端本地的文件读进来，并写出到输出流OutputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("YOLOv5视频目标检测.mp4")); byte[] buffer = new byte[1024]; int len; while ((len = bis.read(buffer)) != -1) { os.write(buffer, 0, len); } // 4.接收客户端发回来的发送是否成功的消息 // 虽然是客户端，但创建ServerSocket感觉有点怪怪的 serverSocket = new ServerSocket(8086); socketReceive = serverSocket.accept(); is = socketReceive.getInputStream(); byte[]