Java研学-网络编程

一 概述

??计算机网络：指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路和通信设备连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统

??网络编程：在网络通信协议下，实现网络互连的不同计算机程序之间的数据交换，即通过网络程序基于互联网访问服务器的程序与资源

二 CS / BS (网络程序的两种结构)

1 CS结构

??客户机/服务器模式(2层)，用户要使用的话，需要下载一个客户端，安装后就可以使用。客户端不仅仅是一些简单的操作，它也是会处理一些运算，业务逻辑的处理等

??第一层: 在客户机系统上结合了界面显示与业务逻辑；
??第二层: 通过网络结合了数据库服务器。

??优点：
??① C/S架构的界面和操作可以很丰富。
??② 安全性能高。（因为只有两层的传输）
??③ 只需客户机和服务器两层交互，因此响应速度较快。

??缺点：
??① 适用面窄，通常用于局域网中
??② 用户群固定。程序需要安装才可使用，不适合面向一些不可知的用户。
??③ 维护成本高，升级一次，则所有客户端的程序都需升级，移植性低不跨平台。

2 BS结构

?? 浏览器/服务器结构(3层)，少数事务逻辑在前端实现，主要事务逻辑都在服务器端实现。B/S架构的系统无须特别安装，有Web浏览器即可，业务逻辑由服务端完成，客户端只负责界面渲染

?? 第一层表现层：主要完成用户和后台的交互及最终查询结果的输出功能。
?? 第二层逻辑层：主要是利用服务器完成客户端的应用逻辑功能。
?? 第三层数据层：主要是接受客户端请求后独立进行各种运算。

??优点：
??① 客户端无需安装，有Web浏览器即可
??② BS架构可以直接放在广域网上，通过一定的权限控制实现多客户访问的目的，交互性较强。
??③ BS架构无需升级多个客户端，升级服务器即可。可以随时更新版本，无需用户重新下载

??缺点：
??① 在速度和安全性上需要花费巨大的设计成本
??② 客户端服务器端的交互是请求-响应模式，通常需要刷新页面

三 网络通信三要素

1 IP地址

??互联网协议地址（Internet Protocol Address）要想让网络中的计算机能够被识别，就必须为每台计算机指定一个唯一的标识，通过改标识来找到相应的计算机，而IP就是这个标识。

① IP地址分类

??IPv4：是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成a．b．c．d的形式，例如 192.168.65.100其中a、b、c、d都是0～255之间的十进制整数，那么最多可以表示大约43亿个。

??IPv6：IP地址需求量愈来愈大，IP的分配越发紧张。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成ABCD：EF01：2345：6789：ABCD：EF01：2345：6789，这样解决了网络地址资源数量不够的问题。

② 域名：映射到某个ip的一组英文单词组合，为了更好记忆

常用命令

// 查看本机IP地址，在控制台输入：
ipconfig

// 检查网络是否连通，在控制台输入：
ping 空格 IP地址／域名

ping www.baidu.com
ping 192.168.34.1

// 特殊的IP地址 -- 本机IP地址
127.0.0.1、localhost 

2 端口号

??网络通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，为了在网络通信中区分这些进程，设置了端口号
??IP地址可以唯一标识网络中的设备，端口号可以唯一标识设备中的进程（应用程序）
??端口号是用两个字节表示的整数，它的取值范围是0～65535。其中，0～1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。

3 通信协议

① 网络通信协议

??通信协议是计算机必须遵守的规则，遵守规则，计算机才能进行通信。协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。

② java.net

??java.net包中提供了两种常见的网络协议的支持：UDP和TCP

四 UDP协议

1 介绍

??UDP（User Datagram Protocol）是无连接通信协议，不建立逻辑连接。
??当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，直接发数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

2 特点

??面向无连接的协议，消耗资源小，通信效率高，通常用于音频、视频等数据传输，偶尔丢失一两个数据包，不会对接收结果产生太大影响
??但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。

四 TCP协议

1 介绍

??TCP（Transmission Control Protocol）协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在客户端和服务器端建立逻辑连接，然后再传输数据。它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。涉及数据安全不可丢失就是用TCP，BS底层就是用的TCP。

2 特点

① 面向连接的协议
② 建立连接，形成传输数据的通道。
③ 传输数据大小不受限制
④ 通过三次握手完成连接。
⑤ 通过四次挥手断开连接。
⑥ TCP是基于10流传输数据。
⑦ 因为需要建立连接，效率会稍低但是可靠协议

3 三次握手

第一次握手：客户端询问服务器端是否在线
第二次握手：服务器端通知客户端在线，并询问客户端是否在线
第三次握手：客户端通知服务器，客户端还在线
建立连接通道，开始传输数据

4 四次挥手

第一次挥手：客户端请求断开连接
第二次挥手：服务器发送收到断开请求，将数据发送完
第三次挥手：服务器发送完数据，通知客户端正式断开连接
第四次挥手：客户端告知服务器确定断开连接并等待2MSL后断开连接

四 基于TCP的网络编程

1 成员与职责

客户端：

??向服务端程序发送数据，然后接收服务端返回的数据.

服务端：

??接收客户端程序发送的数据，并作出反馈.

2 客户端编程

步骤

① 创建一个连接某个服务端的Socket对象
② 从Socket中拿到输出流往服务端发送数据
③ 调用Socket对象对象shutdownOutput方法通知服务端数据发送完毕
④ 从Socket中拿到输入流获取服务端回馈的数据
⑤ 调用Socket对象对象shutdownInput方法通知服务端数据接收完毕
⑥ 关闭Socket对象

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1:创建一个连接某个服务端的Socket对象
            Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8888);
            //2:从Socket中拿到输出流往服务端发送数据
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("你好，服务器端！".getBytes("utf-8"));
            //3:调用Socket对象对象shutdownOutput方法通知服务端数据发送完毕
            socket.shutdownOutput();
            //4:从Socket中拿到输入流获取服务端回馈的数据
            InputStream is = socket.getInputStream();
            int len=0;
            byte[] b=new byte[1024];
            while ((len=is.read(b))!=-1){
                System.out.println(new String(b,0,len,"utf-8"));
            }
            //5:调用Socket对象对象shutdownInput方法通知服务端数据接收完毕
            socket.shutdownInput();
            //6:关闭Socket对象
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3 服务端编程

步骤

① 创建一个服务端对象(ServerSocket)
② 侦听客户端的连接,获取和客户端通信的Socket对象
③从Socket获取输入流,接收客户端发送的数据
④ 调用Socket对象对象shutdownInput方法通知客户端数据接收完毕
⑤ 从Socket中拿到输出流往客户端发送数据
⑥ 调用Socket对象对象shutdownOutput方法通知客户端数据发送完毕
⑦ 关闭Socket对象

public class Server {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1:创建一个服务端对象(ServerSocket)
            ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8888);
            // 2:侦听客户端的连接,获取和客户端通信的Socket对象
            Socket socket = serverSocket.accept();
            // 3:从Socket获取输入流,接收客户端发送的数据
            InputStream is = socket.getInputStream();
            int len=0;
            byte[] b=new byte[1024];
            while ((len=is.read(b))!=-1){
                System.out.println(new String(b,0,len,"utf-8"));
            }
            // 4:调用Socket对象对象shutdownInput方法通知客户端数据接收完毕
            socket.shutdownInput();
            // 5:从Socket中拿到输出流往客户端发送数据
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("我是服务器端，信息已收到".getBytes("utf-8"));
            // 6:调用Socket对象对象shutdownOutput方法通知客户端数据发送完毕
            socket.shutdownOutput();
            // 7:关闭Socket对象
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4 注意事项

① 客户端与服务端都启动才能进行测试
② 服务端一般是长期开启的，服务端关闭则不能够为客户端提供服务

五 模拟Tomcat

1 模拟后台数据输出到浏览器

public class RequestHandler implements  Runnable{
    //socket对象传入
    private Socket socket;
    //有参构造
    public RequestHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            //获取客户端输入的数据
            BufferedReader br=new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String info=null;
            while ((info=br.readLine())!=null){
                if ("".equals(info)){
                    break;
                }
                System.out.println(info);//显示输入的数据
            }
            //告诉客户端接收完毕
            socket.shutdownInput();
            /*服务器端响应数据：需要展示浏览器页面*/
            PrintWriter out=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            out.println("HTTP/1.1 200 OK");
            out.println("Content-Type:text/html;charset=utf-8");
            out.println();
            out.println("<html><head></head><body>welcome to tomcat!123123213</body></html>");
            out.flush();
            //告诉客户端结束输出
            socket.shutdownOutput();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2 模拟tomcat测试

public class TomcatWork {
    public static void main(String[] args) {
        try {
        //创建服务器端对象
            ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8080);
            System.out.println("服务器端启动.....");
            while (true){
                Socket socket=serverSocket.accept();
                new Thread(new RequestHandler(socket)).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}