Java中的網絡程式設計（UDP、TCP/IP協定）

1.網絡程式設計概述

1.1 C/S和B/S

C/S

用戶端——伺服器軟體結構
服務提供商給予使用者服務需要準備的内容（如：本地軟體更新）
           

B/S

浏覽器——伺服器軟體結構
服務提供商隻要提供資料服務以及前端資料展示方式。
           

1.2 網絡通信協定

協定

protocol協定
網絡通信協定是要求雙方傳遞資料的計算機必須遵守的，按照對應的網絡傳輸協定，才可以進入資料的互動和傳遞。
           

常見的協定：

應用層	HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、SNMP、DNS
傳輸層	TCP、UDP
網絡層	JCMP、IGMP、IP、ARP、PARP
資料鍊路層	Wi-Fi、GPS、以太網
實體層	以太網、數據機
           

1.3 UDP和TCP/IP差別

UDP使用者資料報協定

類似于廣播
面向無連接配接，資料傳遞不算特别安全
因為無連接配接，傳輸速度快
因為無連接配接，資料傳遞存在丢包問題
UDP沒有用戶端和伺服器端差別，都可以作為發送端和接收端
UDP協定使用場景：直播、遊戲
           

TCP/IP傳輸控制協定

面向連接配接，資料傳遞較為安全
因為有連接配接，是以傳遞速度較慢
但資料傳遞有保障
TCP/IP協定是有明确的用戶端和伺服器端概念
TCP/IP協定使用場景：用戶端登陸，資料下載下傳，檔案傳輸
           

1.4 網絡程式設計的三要素

（1）協定

兩個在有網絡的情況下的計算機資料傳遞，都需要對應的協定來完成
           

（2）IP位址

Internet Protocol Address
目前計算機在網絡中的一個位址編号，類似于手機号碼
IPv4是一個32位的二進制數，通常展示效果是a.b.c.d 如：192.168.1.1。abcd各代表0~255的數字，目前已使用完。

IPv6是足夠使用。
128位位址長度，16位元組一組，8組，0x0 ~ 0xFFFF
           

（3）端口号

端口号是目前應用程式在計算機中的一個編号。可以讓計算機明确知道，目前的資料是給予哪一個程式使用，或者資料從哪一個程式出現。
端口号是一個short類型 0~65535
0~1024不能用于自定義端口号使用，特定的系統端口号。
           

2.IP類

SUN公司提供給開發使用的IP位址類（InetAddress）

常用方法

InetAddress getLocalhost();
擷取本機IP位址類對象
InetAddress getByName(String str);
根據指定的主機名擷取對應的IP位址對象
InetAddress[] getAllByName(String str);
擷取指定主機名，或者域名對應的所有IP位址類對象
           

代碼示範

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * IP類示範
 */
public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
		InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
		System.out.println(localHost);
		
		InetAddress byName = InetAddress.getByName("DESKTOP-M89SDP7");
		System.out.println(byName);
		
		InetAddress byName2 = InetAddress.getByName("www.4399.com");
		System.out.println(byName2);
		
		System.out.println("----------------------------------");
		
		InetAddress[] allByName = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
		for (InetAddress inetAddress : allByName) {
			System.out.println(inetAddress);
		}
		
		System.out.println("----------------------------------");
		InetAddress[] allByName1 = InetAddress.getAllByName("www.taobao.com");
		for (InetAddress inetAddress : allByName1) {
			System.out.println(inetAddress);
		}
		
		System.out.println("----------------------------------");
		InetAddress[] allByName2 = InetAddress.getAllByName("www.jd.com");
		for (InetAddress inetAddress : allByName2) {
			System.out.println(inetAddress);
		}
	}
}
           

3.UDP協定

3.1 UDP資料傳輸方式

UDP：User Datagram Protocol 使用者資料報協定

資料傳遞采用資料包方式傳遞，所有的資料要進行打包操作，并且沒有對應的用戶端伺服器概念，有且隻有發送端和接收端。
           

Socket套接字

資料需要進行傳遞操作，在資料傳遞的兩台計算機當中必須有對應的Socket。這裡采用UDP協定，那麼必須有一個UDP協定的Socket。

構造方法：
DatagramSocket();
建立一個發送端UDP協定Socket對象
DatagramSocket(int port);
建立一個接收端UDP協定的Socket對象，這裡需要【監聽指定端口】
           

發送端的資料包打包方式：

DatagramPacket DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port);
buf：需要傳遞資料的位元組數組
length：是目前位元組數組中資料容量位元組數
address：接收端IP位址對象
port：接收端對應的端口号
           

接收端的資料包接受方式：

這裡需要準備一個空的資料包
DatagramPacket DatagramPacket(byte[] buf, int length);
buf：位元組緩沖數組，通常是1024整數倍
length：目前位元組緩沖數組的容量
           

3.2發送端流程

流程

建立UDP伺服器對應的發送端Socket
準備對應資料包，需要帶有指定資料
發送資料包 send
關閉UDP發送端
           

代碼示範

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
public class SenderDemo1 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		System.out.println("發送端啟動");
		// 建立對應的Socket
		DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
		
		// 準備資料包
		byte[] bytes = "今天中午吃蒸羊羔...".getBytes();
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,  // 位元組數組資料
				bytes.length,  // 位元組數組資料長度
				InetAddress.getLocalHost(),  // 指定接收端IP位址
				8848); // 8848對應端口号
		
		// 發送資料包
		socket.send(packet);
		// 關閉UDP發送端
		socket.close();
	}
}
           

3.3接收端流程

流程

打開UDP服務，并且監聽指定端口
建立新的空資料包
通過Socket接受資料
關閉UDP服務接收端
           

代碼示範

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
public class ReceiveDemo1 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 建立Socket監聽端口
		DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8848);
		
		// 準備空資料包
		byte[] buf = new byte[1024];
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
		
		// 接收資料
		socket.receive(packet);
		
		// 确定接收到的位元組長度
		int length = packet.getLength();
		
		System.out.println(new String(buf, 0, length));
		
		// 關閉socket
		socket.close();
		
	}
}
           

3.4UDP資料傳遞丢失問題

網絡不夠好，穩定性不行，帶寬不夠
電腦性能不好

以上都會導緻資料傳遞丢失
           

3.5FeiQ

網絡傳輸都有自己的傳輸規格，如果軟體接收到的資料是自己的規格，那麼可以讀取資料，否則丢棄！！

如FeiQ：

version:time:sender:ip:flag:content
版本：時間：發送者名字：發送人IP：标記：内容
資料是一個String類型
而且使用的協定是UDP協定
           

代碼示範

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class FeiQ {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
		
		//getData方法，将字元串資料轉換為指定格式
		String data = getData("Welcome to Java World!!!");
		DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(data.getBytes(), data.getBytes().length
				, InetAddress.getByName("192.168.31.255"), 2425);
		
		socket.send(datagramPacket);
		
		socket.close();
		
	}
	
	/**
	 * 傳入資料，轉換成FeiQ可以識别的資料
	 * version:time:sender:ip:flag:content
	 * 
	 * @param message 字元串類型内容
	 * @return 符合FeiQ格式要求的字元串
	 */
	public static String getData(String message) {
		StringBuilder stb = new StringBuilder();
		
		stb.append("1.0:");
		stb.append(System.currentTimeMillis() + ":");
		stb.append("Anonymous:");
		stb.append("10.1.1.1:");
		stb.append("32:");
		stb.append(message);
		
		return stb.toString();
	} 
}
           

4.TCP協定

4.1 TCP概述

TCP相對于UDP比較穩定，存在三次握手機制，保證連接配接狀态，同時有明确的用戶端和伺服器之分
TCP服務中需要伺服器端先啟動，需要監聽指定端口，等待用戶端連接配接。
用戶端主動連接配接伺服器，和伺服器連接配接之後，才可以進行資料互動，伺服器不能主動連接配接用戶端。
           

對于TCP，Java中提供了兩個Socket

（1）服務端Socket
	java.net.ServerSocket;
	建立對應的ServerSocket開啟伺服器，等待用戶端連接配接
（2）用戶端Socket
	java.net.Socket;
	建立用戶端Socket，并且連接配接伺服器，同時将Socket發送給伺服器綁定注冊。
           

三次握手機制

4.2 用戶端Socket

給用戶端提供資料傳輸的符合TCP/IP要求的Socket對象

構造方法

Socket(String host, int port);
	host：是伺服器IP位址
	port：對應伺服器程式的端口号
	通過指定的【伺服器IP位址】和【端口号】，擷取TCP連接配接對象
           

成員方法

InputStream getInputStream();
	擷取Socket對象輸入位元組流，可以【從伺服器擷取】對應的資料
	InputStream是一個資源，需要在程式退出時關閉
OutputStream getOutputStream();
	擷取Socket對象輸出位元組流，可以【發送資料】到伺服器
	須在退出時關閉
void close();
	關閉用戶端Socket
void shutdownOutput();
	禁止目前Socket發送資料

TCP/IP協定對應的Socket是基于IO流實作的。
           

4.3 服務端Socket（ServerSocket）

構造方法

ServeSocket(int port);
	開啟ServeSocket伺服器，并且明确目前服務端口是誰
           

成員方法

Socket accept();
	監聽并且連接配接，得到一個Socket對象，同時該方法是一個阻塞方法，會處于一個始終監聽的狀态
	傳回的是Socket，也就是用戶端Socket對象，擷取到目前Socket對象，相當于擷取到用戶端連接配接，同時使用的Socket和用戶端一緻。
           

4.4 TCP協定示範

4.4.1伺服器流程

流程：

（1）建立ServerSocket伺服器，同時監聽指定端口
（2）通過accept方法擷取Socket連接配接，得到用戶端Socket對象
（3）通過Socket對象，擷取InputStream，讀取用戶端發送資料
（4）通過Socket對象，擷取OutputStream，發送資料給用戶端
（5）關閉服務
           

代碼示範：

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

/*
流程：
	1. 建立ServerSocket伺服器，同時監聽指定端口
	2. 通過accept方法擷取Socket連接配接，得到用戶端Socket對象
	3. 通過Socket對象，擷取InputStream，讀取用戶端發送資料
	4. 通過Socket對象，擷取OutputStream，發送資料給用戶端
	5. 關閉服務 
 */
public class TcpServer1 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		System.out.println("伺服器啟動");
		System.out.println("-----------------------");
		// 1. 建立ServerSocket伺服器，同時監聽指定端口
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8848);
	
		// 2. 通過accept方法擷取Socket連接配接，得到用戶端Socket對象
		Socket socket = serverSocket.accept();
		
		// 3. 通過Socket對象，擷取InputStream，讀取用戶端發送資料
		InputStream inputStream = socket.getInputStream();
		
		// IO流操作
		byte[] buf = new byte[1024];
		int length = inputStream.read(buf);
		System.out.println(new String(buf, 0, length));
        
		// 4. 通過Socket對象，擷取OutputStream，發送資料給用戶端
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		String str = "歡迎來到德萊聯盟";
		
		outputStream.write(str.getBytes());
		
		// 5. 關閉Socket服務 同時關閉目前Socket使用的輸入位元組流和輸出位元組流	
		// Closing this socket will also close the socket's InputStream and OutputStream. 
		socket.close();	
	}
}
           

4.4.2用戶端流程

流程：

（1）建立Socket服務，同時明确連接配接伺服器的IP位址和對應端口号
（2）通過Socket對象，擷取對應的OutputStream對象，發送資料給伺服器
（3）通過Socket對象，擷取對應的InputStream對象，接受伺服器發送的資料
（4）關閉該服務
           

代碼示範

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/*
流程:
	1. 建立Socket服務，同時明确連接配接伺服器的IP位址和對應端口号
	2. 通過Socket對象，擷取對應的OutputStream對象，發送資料給伺服器
	3. 通過Socket對象，擷取對應的InputStream對象，接收伺服器發送資料
	4. 關閉服務
 */
public class TcpClient1 {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		System.out.println("用戶端啟動");
		System.out.println("------------------------");
		// 1. 建立Socket服務，同時明确連接配接伺服器的IP位址和對應端口号
		Socket socket = new Socket("192.168.31.154", 8848);
		
		// 2. 通過Socket對象，擷取對應的OutputStream對象，發送資料給伺服器
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		
		outputStream.write("你好伺服器!!!".getBytes());
		
		// 3. 通過Socket對象，擷取對應的InputStream對象，接收伺服器發送資料
		InputStream inputStream = socket.getInputStream();
		
		byte[] buf = new byte[1024];
		int length = inputStream.read(buf);
		System.out.println(new String(buf, 0, length));
		
		// 4. 關閉服務
		socket.close();
	}
}
           

4.5 檔案上傳操作

4.5.1分析過程

4.5.2 用戶端程式

流程：

（1）建立對應檔案的輸入位元組流操作，用緩沖
（2）啟動Socket
（3）擷取Socket輸出OutputStream對象，發送資料給伺服器
（4）邊讀邊發，而不是讀取完再統一發送
（5）檔檔案讀取結束時，發送完畢，關閉用戶端
           

代碼示範：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

/*
流程：
	1. 建立對應檔案的輸入位元組流操作，這裡可以使用緩沖
	2. 啟動Socket，
	3. 擷取Socket輸出OutputStream對象，發送資料給伺服器
	4. 邊讀邊發
	5. 當檔案讀取結束，發送完畢，關閉用戶端
 */
public class TcpClient {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 1. 建立對應檔案的輸入位元組流操作，這裡可以使用緩沖
		BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
				new FileInputStream(new File("D:/aaa/1.mp4")));
		
		// 2. 啟動Socket
		Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress(), 8848);
		
		// 3. 擷取Socket輸出OutputStream對象，發送資料給伺服器
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		
		int length = -1;
		byte[] buf = new byte[1024 * 8];
		
		
		// 4. 讀取資料，發送資料
		while ((length = bis.read(buf)) != -1) {
			outputStream.write(buf, 0, length);
		}
		
		// 5. 關閉資源
		socket.close();
		bis.close();
	}
}
           

4.5.3服務端程式

流程：

（1）開啟服務端服務，建立ServerSocket對象
（2）明确儲存檔案的位置，建立對應檔案夾的輸出緩沖位元組流
（3）讀取資料，寫入檔案
（4）關閉伺服器
           

代碼示範：

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/*
流程：
	1. 開啟服務端服務，建立ServerSocket對象
	2. 明确儲存檔案的位置，建立對應檔案夾的輸出緩沖位元組流
	3. 讀取資料，寫入檔案
	4. 關閉伺服器
 */
public class TcpServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 1. 開啟服務端服務，建立ServerSocket對象
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8848);
		
		Socket socket = serverSocket.accept();
		
		// 2. 明确儲存檔案的位置，建立對應檔案夾的輸出緩沖位元組流
		BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
				new FileOutputStream(
						new File("D:/aaa/temp.mp4")));
		
		// 3. 擷取Socket對應的輸入流
		InputStream inputStream = socket.getInputStream();
		
		// 4. 邊讀邊寫
		int length = -1;
		byte[] buf = new byte[1024 * 8];
		
		while ((length = inputStream.read(buf)) != -1) {
			bos.write(buf, 0, length);
		}
		
		// 5. 關閉資源
		bos.close();
		socket.close();
	}
}
           

4.5.4 目前服務端代碼問題

（1）儲存的檔案名都是一緻的，無法儲存多個檔案夾。
（2）服務端代碼肯定不能執行完一個上傳功能就結束
（3）服務端代碼不可能隻有一個上傳檔案功能
（4）多線程