21.java 网络通信

A.网络程序设计基础

????????局域网与互联网

????????局域网（LAN）中的 Java 应用程序：

• 通信： 在局域网中，Java 应用程序可以使用各种通信协议进行通信，如TCP/IP和UDP。Java 的 Socket API 提供了一种方便的方式来实现网络通信。
• RMI（远程方法调用）： Java 的 RMI 允许在不同的 Java 虚拟机之间进行方法调用，这对于在局域网环境中构建分布式系统非常有用。

????????网络协议

????????1.IP协议

ICMP（Internet Control Message Protocol）：

• ICMP 是 IP 协议的一个重要组成部分，用于在 IP 网络上发送错误消息和操作消息，例如 Ping 命令就是使用 ICMP 来检测目标设备是否可达。

????????2.TCP与UDP协议

TCP（传输控制协议）:

1. Socket编程：

   • Java提供了Socket和ServerSocket类，用于实现TCP套接字通信。
   • Socket类用于客户端，而ServerSocket类用于服务器端。

2. 可靠性：

   • TCP是一种面向连接的协议，提供可靠的、有序的、双向的字节流传输。
   • 通过使用三次握手建立连接和四次握手终止连接，确保数据的可靠传输。

3. 阻塞式：

   • TCP通信是阻塞式的，意味着当一个线程在读取或写入数据时，它会阻塞直到操作完成。

4. 应用场景：

   • 适用于对数据传输可靠性要求较高的场景，如文件传输、电子邮件等。

例子

客户端代码：

Socket socket = new Socket("localhost", 8080);
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("Hello, Server!".getBytes());
socket.close();

服务器端代码：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
Socket socket = serverSocket.accept();
InputStream in = socket.getInputStream();
// 读取数据并进行处理
serverSocket.close();

UDP（用户数据报协议）:

1. DatagramSocket：

   • Java中使用DatagramSocket和DatagramPacket类来实现UDP套接字通信。

2. 无连接：

   • UDP是一种无连接的协议，每个数据报都是独立的，没有像TCP那样的连接和终止的过程。

3. 不可靠性：

   • UDP不保证数据传输的可靠性，也不保证数据的有序性。因此，它更适用于实时应用，如音频和视频流。

4. 非阻塞式：

   • UDP通信是非阻塞式的，因为它不会像TCP那样等待连接的建立。

5. 应用场景：

   • 适用于对实时性要求高、能够容忍一定数据丢失的场景，如在线游戏、实时通信等。
6. 例题
7. 发送数据

8. DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
   byte[] data = "Hello, Server!".getBytes();
   DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getLocalHost(), 8080);
   socket.send(packet);
   socket.close();
   

接收数据

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8080);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
socket.receive(packet);
// 处理接收到的数据
socket.close();

端口与套接字

端口：

• 定义： 端口是一个16位的数字，范围从0到65535。它用于标识网络中的应用程序。
• 作用： 在一个主机上，不同的端口用于不同的网络服务或应用程序，以便在同一时间可以通过同一IP地址进行多个不同的网络通信。

. 套接字（Socket）：

• 定义： 套接字是一种通信机制，允许计算机上的不同进程通过网络进行通信。在Java中，Socket类和ServerSocket类用于实现套接字通信。
• 作用： 套接字提供了一个抽象层，使得程序可以通过网络发送和接收数据，实现进程之间的通信。

Socket类：

• 客户端套接字： 用于创建客户端套接字，与服务器进行通信

• Socket socket = new Socket("服务器IP", 端口号);
  

  ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(端口号);
  Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待客户端连接
  

  服务端套接字： 用于创建服务器套接字，监听客户端的连接请求。

• 网络通信的生命周期：

• 建立连接： 通过Socket或ServerSocket建立连接。
• 数据传输： 使用InputStream和OutputStream进行数据传输。
• 关闭连接： 使用close()方法关闭套接字连接。

B.TCP程序

InetAddress类

例题1

获取 InetAddress 实例：

1.1 根据主机名获取 InetAddress 实例：

String host = "www.example.com";
InetAddress address = InetAddress.getByName(host);
?

2 根据 IP 地址获取 InetAddress 实例：

byte[] ipAddress = new byte[]{127, 0, 0, 1};
InetAddress address = InetAddress.getByAddress(ipAddress);
获取本机 InetAddress 实例：

InetAddress localhost = InetAddress.getLocalHost();
?

ServerSocket类

ServerSocket 类是 Java 中用于实现服务器套接字的类，它位于 java.net 包中。ServerSocket 用于监听客户端的连接请求，并在成功连接时创建一个对应的 Socket 实例，使得服务器能够与客户端进行通信。

创建 ServerSocket 实例：

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建 ServerSocket 实例并指定端口号
            int port = 8080;
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            
            System.out.println("Server is listening on port " + port);

            // 服务器代码，接受客户端连接
            // Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            // 这里通常需要在循环中调用 accept()，以接受多个客户端的连接
            // 处理连接后，可以在新线程中继续处理客户端的请求

            // 关闭 ServerSocket
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

????????

accept() 方法：

accept() 方法是 ServerSocket 类的一个阻塞方法，用于监听客户端的连接请求。当有客户端连接时，accept() 方法返回一个新的 Socket 实例，该实例用于与客户端进行通信

Socket clientSocket = serverSocket.accept();
?

ServerSocket类的常用方法

设置服务器的绑定地址

serverSocket = new ServerSocket(port, backlog, bindAddr);
获取本地端口：int localPort = serverSocket.getLocalPort();
例子

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建 ServerSocket 实例并指定端口号
            int port = 8080;
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            
            System.out.println("Server is listening on port " + port);

            // 循环接受客户端连接
            while (true) {
                // 阻塞等待客户端连接
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();

                // 在新线程中处理客户端连接
                Thread clientThread = new Thread(() -> {
                    try {
                        // 处理客户端连接的业务逻辑
                        // ...

                        // 关闭客户端套接字
                        clientSocket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });

                // 启动新线程处理客户端连接
                clientThread.start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

?TCP网络程序设计

设计TCP（Transmission Control Protocol）网络程序通常涉及到客户端和服务器之间的通信。在Java中，可以使用Socket和ServerSocket类来实现TCP网络通信。

服务器端设计：

?创建ServerSocket：

客户端设计：

C.UDP程序

DatagramPacket类

DatagramPacket 类是 Java 中用于实现 UDP（User Datagram Protocol）通信的类，它封装了数据报文（Datagram）以进行数据的发送和接收。DatagramPacket 类提供了构造方法和方法，用于在网络上发送和接收数据。

DatagramSocket类

DatagramSocket 类是 Java 中用于实现 UDP（User Datagram Protocol）通信的类，它提供了创建 UDP 套接字（socket）的功能，用于在网络上传输数据报文。DatagramSocket 类的实例可以用于发送和接收 UDP 数据报文。

UDP网络程序设计

设计UDP（User Datagram Protocol）网络程序通常涉及到客户端和服务器之间的无连接通信。在Java中，可以使用DatagramSocket和DatagramPacket类来实现UDP网络通信。以下是一个简单的UDP网络程序设计的基本步骤：

服务器端设计：

创建DatagramSocket：