06 - 网络编程（一） 🤺
软件结构
在互联网的软件结构中主要分为两种结构模式:
- CS 结构:Client/Server
- BS 结构:Browser/Server
CS 结构
CS:客户端/服务器模式，在这种结构下，我们需要先在终端（PC/手机/平板）下载相关的客户端程序，连接到服务端使用软件相关的功能，这种结构如下：
- 优点:用户体验好，对网络要求相对较低
- 缺点:对硬件要求高,软件升级需要推送到服务端,所有客户都需要重新安装
BS 结构
BS:浏览器/服务器模式，在这种结构下，任何软件的使用不需要下载客户端程序，只需终端支持浏览器即可（all in one）,所有的程序都可以直接通过浏览器打开，实现真正的即用即走思想。BS 结构如下:
- 优点:对硬件要求较低
- 缺点:对网络的要求较高
对于以上两种软件结构来说，无论哪一种都有各自的优劣势，但是两种结构都有一个共同的要求：必需保持网络连接，才能使用相关功能
计算机网络
概述
计算机网络：通过相关的网络介质连接位于不同地理区域的计算机设备，将这些能够联网的设备连接成一个规模庞大的网络系统，实现设备之间的数据交换，从而达到一种能力：数据共享，计算机网络存在的意义:
- 使用远程资源
- 共享信息、程序和数据
- 分布式处理
网络分类
- 局域网
- 城域网（都市网）
- 广域网
网络协议
计算机设备之间的连接需要两种必要资源：
- 硬件设备（网卡，交换机，路由器，连接介质:光纤，双绞线，同轴电缆）
- 软件设备（网络协议）
协议
通信双方之间约定好的一些通信规则，类似一个组织内部通信暗语；计算中网络连接的底层协议主要分为：TCP/IP 协议与 UDP 协议
TCP/IP(打电话)
传输控制协议，是一个安全可靠的互联网协议，需要通信的主机之间需要先建立正确的链接，才能够进行通信，并且改协议能够保证数据传输稳定性(必须的保证信息发送到一台主机，由该主机确认之后才能发送下一条信息)，另外该协议也能保证数据传输的有序性(先发送的信息一定先到达)。一般基于 C/S 架构，存在服务器客户端模式。
应用领域:远程登陆
UDP(发快递)
User Diagram Protocol（用户数据报协议），是一个不安全的网络协议，不需要双方之间建立联系，也不保证信息传输的有序性(有可能后发消息先到)，传输效率比 TCP/IP 更高.没有专门服务器和客户端，只有发送端和接收端.
应用领域: 广播，视频会议
TCP/IP 与 UDP 协议应用层协议对比
IP 与端口(port)
IP
IP:Internet Protocol 互联网协议，表示当前主机在网络中的位置(同一个网络系统中是独一无二的)；简单的认为:ip 即主机在网络中的位置
IP 地址目前主要分为两类:
- IPV4：32 位，4 个字节组成，取值范围位：0~255；目前全球可用的 ipv4 地址也就 40 多亿
- IPV6：128 位，126 个字节组成，可取的地址“无穷无尽”
其中 IPV4 主要分为 5 类，目前民用主要位于 C 类地址:
ip 地址就类似家庭住址(精确到街道)
端口
计算机设备能够联网的应用种类很多，但是如果需要精确的找到某一个的应用程序，则该应用程序就需要存在一个对外的独一无二的通信端点，这个端点称之为:端口号；
端口号的可选择范围: 0~65535 之间
端口也分为三类：
- 公端认口:0~1023 之间，理论上不应该为你的应用程序分配这些端口，因为这些端口密集绑定了一些固定的服务
- 注册端口:1024~49151 之间，一般建议将应用程序的端口在这个范围内选择；位于这个区域的端口松散的绑定了部分服务
- 动态端口/私有端口：从 49152 到 65535。理论上不应为服务分配这些端口
常用 TCP 端口占用情况:
端口就类似家庭住址的所在门牌号
InetAddress 类(ip 地址的 Java 对象表示形式)
java.net.InetAddress类是来自java.net包中，用于表示一个 ip 地址的 Java 类，内部包含目标主机的主机名和 ip 地址
常见方法
- getByName(String host)：根据提供的 IP 地址或者主机名称获取当前主机所表示的 IP 地址对象
- getAllByName(String host)：获取所有符合主机名称的主机 ip 对象
- getLocalHost()：获取本地主机 ip 对象
//根据提供的主机名获取主机所在的ip地址对象
InetAddress ip = InetAddress.getByName("mrchailiu");
System.out.println(ip);
//根据提供的主机名获取所有匹配的主机对象
InetAddress[] ips = InetAddress.getAllByName("mrchailiu");
for (InetAddress addr:ips) {
System.out.println(addr);
}
//获取当前主机的本地地址对象
InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(localHost);
localhost 与 127.0.0.1
- localhost 是本地主机的域名表示形式
- 127.0.0.1 是本地主机的ip表示形式
InetSocketAddress（InetAddress+port 组合）
InetSocketAddress 类是从 SocketAddress（抽象类）继承而来，内部表示为 ip 地址对象与端口的结合，称之为 ip 套接字(主机对外通信的桥梁)
常见构造器
- InetSocketAddress(String host,int port)
- InetSocketAddress(InetAddress ip,int port)
常见方法
- getHostAddress()
- getHostName()
- getPort()
- getAddress()
InetSocketAddress ipSocket = new InetSocketAddress("192.168.6.254",2425);
System.out.println(ipSocket);
//获取当前对象表示InetAddress对象
System.out.println(ipSocket.getAddress());
//获取主机名
System.out.println(ipSocket.getHostName());
System.out.println(ipSocket.getHostString());
//获取端口号
System.out.println(ipSocket.getPort());
Socket 之 TCP 通信
Socket 概述
socket 又称为套接字，用于实现两台主机之间通信的端点（桥梁），基于 TCP 通信协议的套接字类主要由以下两个类构成:
- ServerSocket
- Socket
基于 Socket 的 TCP 通信主要由两个方法分别获取基于 Socket 的输入流和输出流，然后通过 input/output 的原理实现主机之间的信息交换：
ServerSocket(服务端套接字)
ServerSocket 提供的是服务端套接字功能，通过该类可以创建任何的网络服务程序。
public class MyServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//在指定的端口创建一个服务
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
System.out.println("服务已启动，等待连接....");
while(true) {
//开始监听并获取Socket对象
Socket s = server.accept();
System.out.println("客户端已连接!"+s.getInetAddress().getHostAddress());
//获取基于Socket的输出流
OutputStream os = s.getOutputStream();
//编码转换
// OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(os,"gbk");
//将节点流包装到打印流中
PrintWriter out = new PrintWriter(os);
out.println("欢迎进入SOFTEEM聊天室！！！");
out.close();
}
}
}
Socket
Socket 提供的是客户端套接字功能，该类可以连接指定地址指定端口的服务
public class MyClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//连接到指定ip和端口的服务
Socket s = new Socket("192.168.6.254",8888);
//获取基于Socket输入流
InputStream is = s.getInputStream();
Scanner sc = new Scanner(is);
String msg = sc.nextLine();
System.out.println("服务器:"+msg);
}
}
综合案例:文件传输服务
案例结合 IO 流、多线程、网络编程三个 java 高级知识点实现，原理图如下：
以上原理解释：
- 服务端读取本地文件到内存中
- 通过 socket 的输出流将字节数据输出
- 客户端获取 socket 输入流
- 将流中的字节数据通过客户端文件的输出流输出，完成下载
服务端
文件服务线程：
public class FileServer extends Thread { /**需要传输的文件*/ private File target; /**实现通信的socket对象*/ private Socket s; public FileServer(Socket s, File target) { this.target = target; this.s = s; } @Override public void run() { try ( //获取目标文件的输入流（读取到内存中） BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(target)); //获取目标socket输出流 BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(s.getOutputStream()); ) { byte[] buff = new byte[1024]; int len = 0; System.out.println("开始传输文件:"+s.getInetAddress().getHostAddress()); while((len = bis.read(buff)) != -1){ bos.write(buff,0,len); } System.out.println("传输完成:"+s.getInetAddress().getHostAddress()); } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }服务端主启动类：
public class Main { public static void main(String[] args) throws IOException { //在指定端口创建一个文件传输服务 ServerSocket server = new ServerSocket(6666); System.out.println("服务已创建，等待连接..."); //目标文件 File target = new File("D:\\素材\\视频\\短视频\\大事发生.mp4"); while(true){ //接收每一个客户端的连接,并获取Socket对象 Socket s = server.accept(); //为每一个客户端单独创建文件传输线程 new FileServer(s,target).start(); } } }
客户端
public class FileDownloadClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//连接到指定地址指定端口的服务
Socket s = new Socket("192.168.6.254",6666);
//准备接收服务端传输过来的文件存储目标
File f = new File("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\a.mp4");
try(
//获取基于该文件的输出流
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(f));
//获取基于socket的输入流
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(s.getInputStream());
) {
byte[] buff = new byte[1024];
int len = 0;
while ((len = bis.read(buff)) != -1) {
bos.write(buff, 0, len);
}
System.out.println("下载完成！");
}
}
}
思考
- 如何将上述文件传输的代码进行优化（减少重复代码）
- 如何实现一个目录的共享(对象序列化)
- 服务端启动
- 客户端连接服务端
- 客户端看到可下载的文件列表（序号->文件名）
- 客户端发送文件序号到服务端
- 服务端接收到需要找到对应文件
- 服务端将目标文件传输到客户端
- 客户端下载文件存储到本地
- 实现一个多线程的聊天室