Java网络编程基础

勿忘初心做自己 · 2023-10-20 19:23:44

Java网络编程基于TCP/UDP协议的基础之上，TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的，UDP只是其中的一个，之所以命名为TCP/IP协议，因为TCP、IP协议是两个很重要的协议，就用他两命名了。那么首先我们先介绍一下TCP和UDP的特点：
1.TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的，也就是说在以TCP协议发送数据的之前需要两台主机建立连接，一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，也俗称“三次握手”，其中的过程非常复杂，下面将以简单的形式介绍一下三次握手的过程：
有两台主机，主机A与主机B。
1）主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”，这是第一次对话；
2）主机B向主机A发送同意连接和要求同步（同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包：“可以，你什么时候发？”，这是第二次对话；
3）主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”，这是第三次对话。
三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。
TCP建立连接需要三次握手，而断开连接需要四次，即四次挥手：
1）主机A向主机B发送请求断开连接，这是第一次对话；
2）主机B收到主机A的断开连接请求，返回确认，这是第二次对话；
3）主机B在接收完所有数据之后，向主机A发送确认断开连接，这是第三次对话；
4）主机A回复确认断开，这是第四次对话；
这四次对话完成之后，主机A和主机B才正式断开连接。
2.UDP（User Data Protocol，用户数据报协议)，与TCP相反，UDP是不面向连接的协议，所以也是不可靠传输，只能尽力传输数据而保证数据传输的可靠性，常用于视频会议或者消息发送等服务。
了解了基本的概念特点之后，我们将使用Java编程的方式来实现基于这两种协议的数据传输过程：
UDP

传输数据与我们生活中寄快递很相似，在寄快递的时候，我们首先要用一个盒子将物品打包起来，再通过物流公司寄送出去，那么传输数据也是类似的：
首先client,DatagramSocket对象就类似与快递公司，负责最后的物品寄送，DatagramPacket对象就类似于打包过程，将所需要的数据进行打包。

1 public class SendMessageDemo {
2 public static void main(String[] args) throws IOException {
3 //采用UDP协议发送数据
4 //1.创建DatagramSocket对象(快递公司，负责发送数据)
5 //空参随机绑定一个端口号进行使用有参则指定端口号进行绑定
6 DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
7 InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
8 int port = 10087;
9 //2.打包数据，用字节数组的形式发送
10 String str = "Hello world!";
11 byte[] bytes = str.getBytes();
12 DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
13 //3.发送数据
14 ds.send(dp);
15 //4.释放资源
16 ds.close();
17
18 }
19 }

复制代码

对于Server端，接收到client发送的数据之后，需要对这些字节进行解析，才能够知道发送的是什么内容:

1 public class ReceiveMessageDemo {
2 public static void main(String[] args) throws IOException {
3 //先运行接收进程，再运行发送进程
4 //创建快递公司用来接收数据包,必须绑定跟发送端发送的端口一致
5 DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10087);
6
7 //2.接收数据包
8 byte[] bytes = new byte[1024];
9 //使用空的数据包存储数据
10 DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
11 //该方法是阻塞的，会一直等待发送方发送消息
12 ds.receive(dp);
13
14 //3.解析数据包
15 byte[] data = dp.getData();//获取接收到的数据
16 int length = dp.getLength();//获取接收到的数据的长度
17 String str = new String(data,0,length);//解析成字符串的形式
18 InetAddress address = dp.getAddress();//获取发送方的IP信息
19 int port = dp.getPort();
20 System.out.println("接收到的信息为:"+str+",来自主机:"+address+"端口为:"+port);
21 System.out.println("长度为:"+length);
22
23
24 }
25 }

复制代码

如果想发送多条消息呢？我们可以使用while循环来接收用户键盘输入的消息:

1 public class SendMessageAgent {
2 public static void main(String[] args) throws IOException {
3
4 //发送方端口可以不指定随机使用
5 DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
6
7 //创建要发送的数据包
8 Scanner scanner = new Scanner(System.in);
9 while(true) {
10 System.out.println("请输入你要发送的内容:");
11 String s = scanner.nextLine();
12 if (s.equals("886")) {
13 break;
14 }
15 //将输入的字符串转为字节数组发送
16 byte[] message = s.getBytes();
17
18 //选择发送的主机和端口
19 InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
20 int port = 10088;
21 DatagramPacket dp = new DatagramPacket(message, message.length, address, port);
22
23 //发送
24 ds.send(dp);
25 }
26 //释放资源
27 ds.close();
28 }
29 }

复制代码

TCP

如果要使用TCP协议发送数据，那么和UDP所需要的对象是不一样的:

1 public class Client {
2 public static void main(String[] args) throws IOException {
3 //TCP协议
4 //1.创建socket对象
5 //该对象绑定需要连接的主机与端口，如果连接失败则代码报错
6 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);
7
8 //TCP中以IO输出流的形式发送，以输入流的形式接收
9 //2.获取输出流，并写入数据
10 OutputStream os = socket.getOutputStream();
11 os.write("hello world!你们好".getBytes());
12
13 //释放资源这里进行四次挥手
14 os.close();
15 socket.close();
16
17 }
18 }

复制代码

public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建serverSocket,并绑定接收端口(必须与发送的端口相同)
ServerSocket socket = new ServerSocket(10000);
//2.监听连接，如果连接成功则返回一个socekt对象，没有连接成功则阻塞等待
Socket accept = socket.accept();//这里进行三次握手
//3.从accept中读取输入流，并获取信息
InputStream is = accept.getInputStream();
//字节流，一个字节一个字节的读入，但是中文会出错，一个中文三个字节，读入的时候会导致中文乱码
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);//字符流，一个字符一个字符的读入，解决中文问题
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);//提升读取效率
int b;
while((b=br.read()) != -1){//需要定义结束标记，不然会一直卡死在这里等待读取
System.out.print((char) b);
}
//收到信息后写入反馈
InetAddress address = accept.getInetAddress();
OutputStream outputStream = accept.getOutputStream();
String returnMessage = "已经收到:"+address.getHostAddress()+address.getHostName()+"发来的信息!";
outputStream.write(returnMessage.getBytes());
//4.释放资源
accept.close();
socket.close();
}
}

复制代码

需要先运行server端代码，再运行client端代码，因为client端如果没有找到对应主机则会报错。
文件传输

client端:

1 public class client {
2 public static void main(String[] args) throws IOException {
3 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);
4
5 BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("mysocketnet/clientdir/neural.png"));
6 BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
7
8 byte[] bytes = new byte[1024];
9 int len;
10 while((len=bis.read(bytes)) != -1){
11 bos.write(bytes,0,len);
12 }
13
14 socket.shutdownOutput();
15 //获取服务器的回写数据
16 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
17 String line = br.readLine();
18 System.out.println(line);
19
20 socket.close();
21 }
22 }

复制代码

通过多线程来解决多用户同时上传文件的问题，每有一个用户建立连接就新创建一个线程来处理上传文件的请求，可以采用线程池进行优化,采用runnable的方式创建线程，这样我们可以定义自己的runnable方法来处理文件上传请求:

1 public class server {
2 public static void main(String[] args) throws IOException {
3
4 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10000);
5 Socket accept = serverSocket.accept();
6 //每建立一个连接，就创建一个线程来处理上传请求！
7 //创建线程池对象
8 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
9 3,//核心线程数量
10 16,//线程池总大小
11 60,//空闲时间
12 TimeUnit.SECONDS,
13 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
14 Executors.defaultThreadFactory(),
15 new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
16 );
17 //new Thread(new SocketRunnable(accept) ).start();
18 pool.submit(new SocketRunnable(accept));
19
20 }
21 }

复制代码

public class SocketRunnable implements Runnable{
Socket accept;
public SocketRunnable(Socket accept){
this.accept = accept;
}
@Override
public void run() {
try {
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("mysocketnet/serverdir/neural.png"));
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
byte[] bytes = new byte[1024];
int len;
while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {
bos.write(bytes, 0, len);
}
//回写数据
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
bw.write("上传成功!");
bw.newLine();
bw.flush();
}catch (Exception e){
System.out.println("上传失败");
}finally {
try {
if(accept != null){
accept.close();}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
}

复制代码

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