Java-网络编程
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发布日期:   2020-07-22
更新日期:   2020-11-26
文章字数:   3.5k
阅读时长:   15 分
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锁清秋

网络编程三要素：协议，IP，端口号

TCP通信程序

概述

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（Client）与服务端（Server）。

两端通信时步骤：

  1. 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
  2. 客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序：

  1. 客户端：java.net.Socket 类表示。创建Socket对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
  2. 服务端：java.net.ServerSocket 类表示。创建ServerSocket对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

Socket类

Socket 类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

构造方法

  • public Socket(String host, int port) :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ，则相当于指定地址为回送地址。

    小贴士：回送地址(127.x.x.x) 是本机回送地址（Loopback Address），主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

构造举例，代码如下：

Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);
成员方法

  • public InputStream getInputStream() ： 返回此套接字的输入流。

    • 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。
    • 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。

  • public OutputStream getOutputStream() ： 返回此套接字的输出流。

    • 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。
    • 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。

  • public void close() ：关闭此套接字。

    • 一旦一个socket被关闭，它不可再使用。
    • 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。

  • public void shutdownOutput() ： 禁用此套接字的输出流。

    • 任何先前写出的数据将被发送，随后终止输出流。

    ServerSocket类

ServerSocket类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

构造方法
  • public ServerSocket(int port) ：使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数port就是端口号。

构造举例，代码如下：

ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
成员方法
  • public Socket accept() ：侦听并接受连接，返回一个新的Socket对象，用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。

简单的TCP网络程序

TCP通信分析图解
  1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
  2. 【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
  3. 【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
  4. 【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
  5. 【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

picture

自此，服务端向客户端回写数据。

  1. 【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
  2. 【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
  3. 【客户端】释放资源，断开连接。
客户端向服务器发送数据

服务端实现：

public class ServerTCP {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
        // 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
          // 4.1 创建字节数组
        byte[] b = new byte[1024];
          // 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = is.read(b)；
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String msg = new String(b, 0, len);
        System.out.println(msg);
        //5.关闭资源.
        is.close();
        server.close();
    }
}

客户端实现：

public class ClientTCP {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("客户端 发送数据");
        // 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
        Socket client = new Socket("localhost", 6666);
        // 2.获取流对象 . 输出流
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        // 3.写出数据.
        os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
        // 4. 关闭资源 .
        os.close();
        client.close();
    }
}
服务器向客户端回写数据

服务端实现：

public class ServerTCP {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
        // 1.创建 ServerSocket对象，绑定端口，开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
          // 4.1 创建字节数组
        byte[] b = new byte[1024];
          // 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = is.read(b)；
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String msg = new String(b, 0, len);
        System.out.println(msg);
          // =================回写数据=======================
          // 5. 通过 socket 获取输出流
           OutputStream out = server.getOutputStream();
          // 6. 回写数据
           out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
          // 7.关闭资源.
          out.close();
        is.close();
        server.close();
    }
}

客户端实现：

public class ClientTCP {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("客户端 发送数据");
        // 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪里.
        Socket client = new Socket("localhost", 6666);
        // 2.通过Scoket,获取输出流对象 
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        // 3.写出数据.
        os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
          // ==============解析回写=========================
          // 4. 通过Scoket,获取 输入流对象
          InputStream in = client.getInputStream();
          // 5. 读取数据数据
          byte[] b = new byte[100];
          int len = in.read(b);
          System.out.println(new String(b, 0, len));
        // 6. 关闭资源 .
          in.close();
        os.close();
        client.close();
    }
}

综合案例

文件上传案例

文件上传分析图解
  1. 【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
  2. 【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
  3. 【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
  4. 【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。

tt

基本实现

服务端实现：

public class FileUpload_Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
          ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
          // 2. 建立连接 
        Socket accept = serverSocket.accept();
          // 3. 创建流对象
          // 3.1 获取输入流,读取文件数据
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
        // 3.2 创建输出流,保存到本地 .
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"));
        // 4. 读写数据
        byte[] b = new byte[1024 * 8];
        int len;
        while ((len = bis.read(b)) != -1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
        //5. 关闭 资源
        bos.close();
        bis.close();
        accept.close();
        System.out.println("文件上传已保存");
    }
}

客户端实现：

public class FileUPload_Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建流对象
        // 1.1 创建输入流,读取本地文件  
        BufferedInputStream bis  = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
        // 1.2 创建输出流,写到服务端 
        Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
        BufferedOutputStream   bos   = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());

        //2.写出数据. 
        byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
        int len ; 
        while (( len  = bis.read(b))!=-1) {
            bos.write(b, 0, len);
            bos.flush();
        }
        System.out.println("文件发送完毕");
        // 3.释放资源

        bos.close(); 
        socket.close();
        bis.close(); 
        System.out.println("文件上传完毕 ");
    }
}
文件上传优化分析

  1. 文件名称写死的问题

    服务端，保存文件的名称如果写死，那么最终导致服务器硬盘，只会保留一个文件，建议使用系统时间优化，保证文件名称唯一，代码如下：

FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);

  1. 循环接收的问题

    服务端，指保存一个文件就关闭了，之后的用户无法再上传，这是不符合实际的，使用循环改进，可以不断的接收不同用户的文件，代码如下：

// 每次接收新的连接,创建一个Socket
while（true）{
    Socket accept = serverSocket.accept();
    ......
}

  1. 效率问题

    服务端，在接收大文件时，可能耗费几秒钟的时间，此时不能接收其他用户上传，所以，使用多线程技术优化，代码如下：

while（true）{
    Socket accept = serverSocket.accept();
    // accept 交给子线程处理.
    new Thread(() -> {
          ......
        InputStream bis = accept.getInputStream();
          ......
    }).start();
}
优化实现
public class FileUpload_Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
          // 2. 循环接收,建立连接
        while (true) {
            Socket accept = serverSocket.accept();
              /* 
              3. socket对象交给子线程处理,进行读写操作
               Runnable接口中,只有一个run方法,使用lambda表达式简化格式
            */
            new Thread(() -> {
                try (
                    //3.1 获取输入流对象
                    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
                    //3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
                    FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
                    BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);) {
                    // 3.3 读写数据
                    byte[] b = new byte[1024 * 8];
                    int len;
                    while ((len = bis.read(b)) != -1) {
                      bos.write(b, 0, len);
                    }
                    //4. 关闭 资源
                    bos.close();
                    bis.close();
                    accept.close();
                    System.out.println("文件上传已保存");
                } catch (IOException e) {
                      e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}
信息回写分析图解

前四步与基本文件上传一致.

  1. 【服务端】获取输出流，回写数据。
  2. 【客户端】获取输入流，解析回写数据。

tt

回写实现
public class FileUpload_Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        // 2. 循环接收,建立连接
        while (true) {
            Socket accept = serverSocket.accept();
              /*
              3. socket对象交给子线程处理,进行读写操作
               Runnable接口中,只有一个run方法,使用lambda表达式简化格式
            */
            new Thread(() -> {
                try (
                    //3.1 获取输入流对象
                    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
                    //3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
                    FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() + ".jpg");
                    BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
                ) {
                    // 3.3 读写数据
                    byte[] b = new byte[1024 * 8];
                    int len;
                    while ((len = bis.read(b)) != -1) {
                        bos.write(b, 0, len);
                    }

                    // 4.=======信息回写===========================
                    System.out.println("back ........");
                    OutputStream out = accept.getOutputStream();
                    out.write("上传成功".getBytes());
                    out.close();
                    //================================

                    //5. 关闭 资源
                    bos.close();
                    bis.close();
                    accept.close();
                    System.out.println("文件上传已保存");
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

客户端实现：

public class FileUpload_Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建流对象
        // 1.1 创建输入流,读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
        // 1.2 创建输出流,写到服务端
        Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());

        //2.写出数据.
        byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
        int len ;
        while (( len  = bis.read(b))!=-1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
      // 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕
        socket.shutdownOutput();
        System.out.println("文件发送完毕");
        // 3. =====解析回写============
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] back = new byte[20];
        in.read(back);
        System.out.println(new String(back));
        in.close();
        // ============================

        // 4.释放资源
        socket.close();
        bis.close();
    }
}

模拟B\S服务器(扩展知识点)

模拟网站服务器，使用浏览器访问自己编写的服务端程序，查看网页效果。

案例分析

  1. 准备页面数据，web文件夹。

    复制到我们Module中，比如复制到day08中

  2. 我们模拟服务器端，ServerSocket类监听端口，使用浏览器访问

    
public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
        Socket socket = server.accept();
        InputStream in = socket.getInputStream();
           byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = in.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        socket.close();
        server.close();
}

picture

  1. 服务器程序中字节输入流可以读取到浏览器发来的请求信息

    picture

    GET/web/index.html HTTP/1.1是浏览器的请求消息。/web/index.html为浏览器想要请求的服务器端的资源,使用字符串切割方式获取到请求的资源。

//转换流,读取浏览器请求第一行
BufferedReader readWb = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String requst = readWb.readLine();
//取出请求资源的路径
String[] strArr = requst.split(" ");
//去掉web前面的/
String path = strArr[1].substring(1);
System.out.println(path);
案例实现

服务端实现：

public class SerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端  启动 , 等待连接 .... ");
        // 创建ServerSocket 对象
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        Socket socket = server.accept();
        // 转换流读取浏览器的请求消息
        BufferedReader readWb = new
        BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        String requst = readWb.readLine();
        // 取出请求资源的路径
        String[] strArr = requst.split(" ");
        // 去掉web前面的/
        String path = strArr[1].substring(1);
        // 读取客户端请求的资源文件
        FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
        byte[] bytes= new byte[1024];
        int len = 0 ;
        // 字节输出流,将文件写会客户端
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 写入HTTP协议响应头,固定写法
        out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
        out.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
        // 必须要写入空行,否则浏览器不解析
        out.write("\r\n".getBytes());
        while((len = fis.read(bytes))!=-1){
            out.write(bytes,0,len);
        }
        fis.close();
        out.close();
        readWb.close();    
        socket.close();
        server.close();
    }
}
访问效果
  • 火狐

tt

小贴士：不同的浏览器，内核不一样，解析效果有可能不一样。

发现浏览器中出现很多的叉子,说明浏览器没有读取到图片信息导致。

浏览器工作原理是遇到图片会开启一个线程进行单独的访问,因此在服务器端加入线程技术。


package com.net.fileUpAndDown;

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

/**
 * 浏览器请求服务器 //测试路劲：http://localhost:8989/line_structure/src/com/net/fileUpAndDown/web/index.html
 */
public class SerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端  启动 , 等待连接 .... ");
        // 创建ServerSocket 对象
        ServerSocket server = new ServerSocket(8989);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    printHtml(server);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }

    private static void printHtml(ServerSocket server) throws IOException {
        Socket socket = server.accept();
        // 转换流读取浏览器的请求消息
        BufferedReader readWb = new
                BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        String requst = readWb.readLine();
        // 取出请求资源的路径
        String[] strArr = requst.split(" ");
        // 去掉web前面的/
        String path = strArr[1].substring(1);
        // 读取客户端请求的资源文件
        FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = 0;
        // 字节输出流,将文件写会客户端
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 写入HTTP协议响应头,固定写法
        out.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
        out.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
        // 必须要写入空行,否则浏览器不解析
        out.write("\r\n".getBytes());
        while ((len = fis.read(bytes)) != -1) {
            out.write(bytes, 0, len);
        }
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文章作者: 张文军
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