java第二十一章网络通信

Java网络通信

由于数据链路层编程和通信与设备紧密关联，网络层编程和操作系统紧密关联。Java网络编程从传输层开始，并根据编程使用协议的层次分为高层次网络编程（基于应用层）和低层次网络编程（基于传输层）。
基于URL使用高层次网络编程，基于传输层使用低层次网络编程。

网络通信协议

物理层（Physical Layer）：局部局域网上传送数据框（frame），它负责管理电脑通信设备和网络媒体之间的互通，通过物理电气接口实现互联设备间的比特形式的信息传输
数据链路层（Data Link Layer）：负责网络寻址、错误侦测和改错，是网络相邻节点设备间二进制信息传输的数据通道，负责数据通道的建立和拆除。
网络层（Network Layer）：决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成分组，解决跨越多个链路的甚至不同网络设备之间的通信问题，是一种端到端的通信
传输层（Transport Layer）：把传输表头（TH）加至数据以形成数据包，解决处于不同网络设备间的通信传输、通信管理，对上层需要通信的数据信息分解为标准的数据单元，这些数据单元到达终端后能对这些数据单元进行重新排序和整合。
会话层（Session Layer）：负责在数据传输中设置和维护电脑网络中两台电脑之间的通信连接，为用户交互信息而按特点规律建立的连接，提供会话地址和会话管理服务
表示层（Presentation Layer）：将会话层得到的数据转化为应用层可以理解的表达形式，或则将数应用层数据转化为会话层可以传输的形式
应用层（Application Layer）：提供为应用软件而设的界面，以设置与另一应用软件之间的通信

TCP与UDP

TCP与UDP都是传输层的协议

TCP (Transmission Control Protocol)——传输控制协议

UDP (User Data Protocol)——用户数据报协议

?

TCP：协议的连接过程为：设主机A与主机B建立连接，主机A先发送一个特殊的“连接请求消息段”给B，B接收到消息后就分配相应的资源（接收缓存和发送缓存）给这个TCP连接，然后给A发送一个“允许连接消息段”，A收到这个消息段后也分配相应资源，然后给B发送“确认消息段”，这是就建立起了TCP连接，可以相互传输数据。A与B之间的连接要连续交换3次消息（三次握手法），保证了连接传输的可靠性。

服务端

package d21z;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
 
/**
 * Socket客户端
 **/
public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {
        Socket s = null;
        try {
            // 与ip为127.0.0.1、端口为12345的服务端建立连接
            s = new Socket("127.0.0.1", 12345);
 
            // 创建输入流接收服务端发送的消息（字节流）
            InputStream is = s.getInputStream();
            // 将服务端返回的字节流转化为字符流
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            // 创建字符流读取缓冲区，方便每行读取
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
 
            // 创建输出流返回消息
            OutputStream os = s.getOutputStream();
            // 创建输出流缓冲
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
 
            // 创建发送消息的线程
            Runnable rOut = () -> {
                boolean flag = true;
                while (flag) {
                    try {
                        // 接收控制台输入
                        Scanner scan = new Scanner(System.in);
                        String msg = scan.nextLine();
                        // 将输入写入缓冲
                        pw.println(msg);
                        // 将缓冲内的数据推送至服务端并清空缓冲区
                        pw.flush();
                    } catch (Exception e) {
                        flag = false;
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
 
            // 创建接收消息的线程
            Runnable rIn = () -> {
                boolean flag = true;
                while (flag) {
                    try {
                        // 逐行读取服务端返回的消息并打印
                        String str = br.readLine();
                        System.out.println("服务端的消息：" + str);
                    } catch (IOException e) {
                        flag = false;
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
 
            // 启动两个线程
            Thread tOut = new Thread(rOut);
            Thread tIn = new Thread(rIn);
            tOut.start();
            tIn.start();
        }catch (IOException e) {
            try {
                // 释放资源
                s.close();
            } catch (Exception exception) {
                exception.printStackTrace();
            }
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端

package d21z;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
 
/**
 * Socket服务端
 **/
public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        ServerSocket ss = null;
        Socket s = null;
        try {
            // 创建监听端口为12345的Socket服务端
            ss = new ServerSocket(12345);
            System.out.println("服务端Socket服务已建立，等待客户端连接...");
            // 通过ss.accept()开始持续监听12345端口，当有连接时获取收到的包装成Socket的客户端对象
            s = ss.accept();
            // 获取客户端的IP地址和端口号
            String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();
            int port = s.getPort();
            System.out.println("服务端与 " + ip + ":" + port + " 已建立连接");
 
            // 创建输入流接收客户端发送的消息（字节流）
            InputStream is = s.getInputStream();
            // 将客户端发送的字节流转化为字符流
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            // 创建字符流读取缓冲区，方便每行读取
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
 
            // 创建输出流返回消息
            OutputStream os = s.getOutputStream();
            // 创建输出流缓冲
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
 
            // 创建接受信息的线程
            Runnable rIn = () -> {
                boolean flag = true;
                while (flag) {
                    try {
                        // 逐行读取客户端发送的消息并打印
                        String str = br.readLine();
                        System.out.println("客户端的消息：" + str);
                    } catch (IOException e) {
                        flag = false;
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
 
            // 创建发送消息的线程
            Runnable rOut = () -> {
                boolean flag = true;
                while (flag) {
                    try {
                        // 接收控制台输入
                        Scanner scan = new Scanner(System.in);
                        String msg = scan.nextLine();
                        // 将输入写入缓冲
                        pw.println(msg);
                        // 将缓冲内的数据推送至客户端并清空缓冲区
                        pw.flush();
                    } catch (Exception e) {
                        flag = false;
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
 
            // 开启两个线程
            Thread tIn = new Thread(rIn);
            Thread tOut = new Thread(rOut);
            tIn.start();
            tOut.start();
        } catch (IOException e) {
            try {
                // 释放资源
                ss.close();
                s.close();
            } catch (Exception exception) {
                exception.printStackTrace();
            }
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

结果：

?

UDP：完全依赖IP协议，是无连接的协议，每个数据报都是独立的信息，可能以任何可能的路径传向目的地，可以同时向多个对象进行传输，但传输的可靠性不能被保证。

服务端?

package d21z;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class Notification extends Thread{
	String weather ="节目预报：八点有大型晚会，请收听！";
	int port=9898;
	InetAddress iaddress=null;
	MulticastSocket socket=null;
	
	Notification(){
		try {
			iaddress=InetAddress.getByName("224.255.10.0");
			socket=new MulticastSocket(port);
			socket.setTimeToLive(1);
			socket.joinGroup(iaddress);
		}catch(IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	public void run() {
		while(true) {
			DatagramPacket packet = null;
			byte data[] = weather.getBytes();
			packet = new DatagramPacket(data,data.length,iaddress,port);
			System.out.println(weather);
			try {
				socket.send(packet);
				sleep(3000);
			}catch(IOException e) {
				e.printStackTrace();
			}catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Notification w = new Notification();
		w.start(); 
	}

}

?客户端

package d21z;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
 
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.WindowConstants;
//接收  后运行
public class Reveive extends JFrame implements Runnable, ActionListener {
    int port ;//端口
    InetAddress group =null;//广播组地址
    MulticastSocket socket = null;//多点广播套接字对象
    JButton inceBtn = new JButton("开始接收");
    JButton stopBtn = new JButton("停止接收");
    JTextArea inceAr = new JTextArea(10,10);//显示接收广播的文本域
    JTextArea inced = new JTextArea(10,10);
    Thread thread ;
    boolean stop = false;//定制接受信息状态
    
    public Reveive () {
        setTitle("广播数据包");
        setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
        thread = new Thread(this);
        inceBtn.addActionListener(this);//绑定按钮ince的单击事件
        stopBtn.addActionListener(this);//绑定按钮stop的单击事件
        inceAr.setForeground(Color.blue);//指定文本域中文字的颜色
        
        JPanel north = new JPanel();
        north.add(inceBtn);//将按钮添加到面板north上
        north.add(stopBtn);
        add(north,BorderLayout.NORTH);//将north放置在窗体的上部
        JPanel center = new JPanel();//创建面板对象center
        center.setLayout(new GridLayout(1,2));//设置面板布局
        center.add(inceAr);//将文本域添加到面板上
        center.add(inced);
        add(center,BorderLayout.CENTER);//设置面板的布局
        validate();//刷新
        port =9898;//设置端口号
        try {
            group = InetAddress.getByName("224.255.10.0");//指定接收地址
            socket = new MulticastSocket(port);//绑定多点广播套接字
            socket.joinGroup(group);//加入广播组
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();//输出异常信息
        }
        setBounds(100,50,360,380);//设置布局
        setVisible(true);//将窗体设置为显示状态
    }
    public void run() {//run方法
        while (!stop) {
            byte data[] = new byte[1024];//创建缓存字节数组
            DatagramPacket packet = null;
            packet = new  DatagramPacket(data,data.length,group,port);//待接收的数据包
            try {
                socket.receive(packet);//接收数据包
                //获取数据包中的内容
                String message  = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
                inceAr.setText("正在接收的内容：\n"+message);//将接受内容显示在文本域中
                inced.append(message+"\n");//每条信息为一行
            }catch(IOException e ) {
                e.printStackTrace();//输出异常信息
            }
            
        }
    }
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {//单机按钮ince出发时间
        if(e.getSource()==inceBtn) {
            inceBtn.setBackground(Color.red);//设置按钮颜色
            stopBtn.setBackground(Color.yellow);
            if(!(thread.isAlive())) {//如线程不处于“新建状态”
                thread = new Thread(this);//实例化Thread对象
            }
            thread.start();//启动线程
            stop = false;//开始接受信息
        }
        if(e.getSource()== stopBtn) {//单机按钮stop出发时间
            inceBtn.setBackground(Color.yellow);//设置按钮亚瑟
            stopBtn.setBackground(Color.red);
            stop = true;//停止接收信息
        }
    }
    public static void main(String[]args) {
        Reveive rec = new Reveive();
        rec.setSize(460,200);
    }
}

?结果：