Java实现的网络编程——基础篇

这几天一直在学习java的网络编程，晚上闲下来也没什么事干。就想写点自己的认识吧。考虑的可能不周到，希望日后有机会在添加吧。对于网络编程，什么TCP、IP、http、URL等等之类刚开始很陌生。不过随着这几天的学习，逐渐有了一些了解了。

首先我想说的是网络模型，很多人立刻就想到了7个层。其实网络模型有两种：OSI(开放系统模型)模型和TCP/IP模型（这种常用）。

OSI模型主要包括7层，从下到上依次是：物理层、数据链层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

具体的说明如下：

物理层：最底层的数据流，传输的数据是2进制的0101之类的。

数据链层：此时涉及的硬件是交换机，并且完成对MAC地址的封装，传输的数据是按帧算的。

网络层：此时好涉及的硬件是路由器，这一层主要完成的是对IP地址的封装和解封装。这一层传输的数据是数据包。

传输层：这次主要涉及到传输数据的协议（如TCP、UDP）和端口号。这一层主要完成数据的分段传输，这一层传输的数据是段。

会话层：通过传输层的端口号建立数据的传输通道。主要是在系统中发送请求或者接受请求。

表示层：主要是对接受的数据进行解压、解密之类的操作，或者是对发送的数据进行压缩、加密的操作等。

应用层：主要是一些终端上的应用。比如web浏览器、QQ等。

至于TCP模型，主要分为4层，从下到上依次是：数据至网络层、网络层、传输层、应用层。

这里我补充几个协议规则：http 、ftp（用于文件的上传和下载）是应用层的规则，TCP、UDP是传输层的使用的规则，IP是网络层使用的规则。

之后来介绍一下通讯需要的一些必备的要素：IP地址、端口号、传输协议。

1、IP地址:InetAddress

• 网络中设备的标识

• 不易记忆，可用主机名

• 本地回环地址： 127.0.0.1 主机名： localhost

2、端口号

• 用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识

• 有效端口： 0~65535，其中0~1024系统使用或保留端口。

3、传输协议

• 通讯的规则

• 常见协议： TCP， UDP

4、TCP和UDP

接下来说说TCP和UDP之间的差别。

UDP：它是将数据源和目的全部封装成数据包中，无需建立连接就可以进行通讯，所以速度快，但是可靠性不高。同时每个数据的数据包大小都必须在64k内。所以在小数据和不需要高可靠性的情况下使用。（比如：QQ聊天工具）

TCP:必须建立连接，并且生成一个数据传输通道。可支持大数据量的传输，要通过三次握手来进行连接，所以协议的可靠性较高。但是相应的效率较低。

5、Socket(套接字)

接下来就不得不提一个关键的技术叫做Socket(套接字)。Socket它是一种为网络服务提供的机制，通信的两端都必须要有Socket才可以完成通讯。网络通讯实际上就是Socket套接字的通讯，数据是在Socket上完成IO操作的。有了套接字技术我们就可以进行数据的传输。这里我们必须补充说明，要进行数据的传输。就必须要有两端，一个是客户端（主要是发送请求的），另一个是服务器端（主要是接受请求的）。

6、代码实例

6.1 首先是UDP传输，这里要介绍两个类DatagramSocket与DatagramPacket。这两个类都在java.net包里面。

DatagramSocket:表示用来接收和发送数据报包的套接字。

DatagramPaket:表示数据报包。

客户端：（这里给出部分源码和创建思路）

注意：在发送的数据包中要明确的指出目的地的端口号。

public static void main(String[] args) throws IOException {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("发送端启动了.....");
/*
*创建udp传输的发送端
* 思路：
* 1、建立udp的socket服务。
* 2、将要发送的数据封装到数据包中
* 3、通过udp的socket服务将数据发送出去
* 4、关闭socket服务
*/

//1、upd的socket服务，使用DatagramSocket对象
DatagramSocket ds=new DatagramSocket(8888);//给自己的Socket设的端口号
//2、将要发送的数据封装到数据包中
String str="我是来自客户端的lady小白";
//使用DatagramPacket将数据封装到数据包中
byte[] buf=str.getBytes();//注意数据是以字节的方式发送的，所以要转换为字节数组
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf, 0, buf.length,//这里定义一个数据包对象，该对象包含了客户端的信息
InetAddress.getByName("172.19.207.247"), 10000);//向172.19.207.247的ip地址的主机的10000端口发送数据

//3、通过upd的socket服务将数据包发送出去，是用send()方法
ds.send(dp);

//4、关闭资源
ds.close();
}

服务器端：（这里给出部分源码和创建思路）

确保定义的端口号就是源数据包指定的端口后，否则源数据包被接受到。

/*
* 创建udp传输的接收端
* 思路：
* 1、建立udp的Socket服务，因为是要接受数据，所以必须要
* 明确端口号。
* 2、创建数据包，用于存储接收到的数据。方便用数据包对象的方法
* 来解析这些数据。
* 3、使用Socket服务的receive方法将接收到的数据存储在数据
* 包中。
* 4、通过数据包的方法解析数据包中的数据
* 5、关闭资源。
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("接收端启动......");
//1、建立udp的Socket服务
DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10000);//将Socket服务的端口号设为10000
//2、创建数据包
byte[] buf=new byte[1024];
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf, 0, buf.length);

//3、使用接受方法将数据存储到数据包中
ds.receive(dp);

//4、通过数据包对象的方法，解析其中的数据。比如：地址、端口、数据内容
String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
int port=dp.getPort();
String text=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println(ip+":"+port+":"+text);

//关闭资源
ds.close();
}

图解 UDP传输

6.2 讲完UDP传输，我们来介绍一下TCP的传输。这里同样涉及到两个类Socket和ServerSocket类。这两个类都在java.net包中。

Socket类：是实现客户端的套接字类。

ServerSocket类：是实现此类实现服务器套接字。服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。

TCP传输的思路如下：

客户端:（源码和思路如下）

注意：在客户端中要明确的指出目的地的端口号。

public static void main(String[] args) throws IOException, IOException {
// TODO Auto-generated method stub
//1、创建客户端socket服务
Socket socket =new Socket("172.19.207.247",10002);//设置客户端的端口号

//2、获取socket流中的输出流
OutputStream out=socket.getOutputStream();
//3、使用输出流将指定的数据写出来
out.write("tcp演示：哥们来了".getBytes());//注意输出流是按字节来写
//4、关闭资源
socket.close();
}

服务器端（代码与思路）

注意服务器端是通过accept()方法来获取客户端的对象来进行进一步的操作。

//服务端接收客户端发送过来的数据，并打印在控制台上
public static void main(String[] args) throws IOException {
// TODO Auto-generated method stub
//1、创建服务端对象
ServerSocket ss=new ServerSocket(10002);//这里是待连接的客户端的端口号
//2、获取连接过来的客户端对象
Socket s=ss.accept();//阻塞式的
//获取ip地址字符串
String ip=s.getInetAddress().getHostAddress();
//3、通过socket对象的获取输入流。要读取客户端发来的数据
InputStream in=s.getInputStream();

byte[] buf=new byte[1024];
int len=in.read(buf);//返回字节数
String text=new String(buf,0,len);
System.out.println(ip+":"+text);

//4、关闭资源和流
s.close();
ss.close();
}

以上就是一个最基本的TCP传输的例子。接下来我们实现用按键输入来进行数据的传输。

客户端：

public static void main(String[] args) throws IOException, IOException {
// TODO Auto-generated method stub
/*
* 思路：
* 客户端
* 1、需要先有socket端点
* 2、客户端的数据源：键盘
* 3、客户端的目的：socket
* 4、接受的数据，源：socket
* 5、将数据显示在控制台上
* 6、在这些流中操作的数据，都是文本数据。
*
* 转换客户端：
* 1、创建socket客户端对象
* 2、获取键盘录入
* 3、将录入的信息发送给socket输出流
*/

//1、创建socket客户端对象
Socket s=new Socket("172.19.207.247",10005);

//2、获取键盘的录入
BufferedReader bufr=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

//3、socket输出流
PrintWriter out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);//true表示可以自动的刷新。//如果启用了自动刷新，则只有在调用 println、printf 或 format 的其中一//个方法时才可能完成刷新操作

//4.socket输入流，读取服务器端返回的大写数据
BufferedReader bufIn=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));

String line=null;
while((line=bufr.readLine())!=null){
//如果输入的是over就结束
if("over".equals(line))
break;

//输出字符流
out.println(line);

//读取服务器端输出的大写的字符
String text=bufIn.readLine();
System.out.println(text);

}
s.close();
}

服务器端：

public static void main(String[] args) throws IOException {
// TODO Auto-generated method stub
/*
* 转换服务器端
* 分析
* 1、创建serversocket服务
* 2、获取socket对象
* 3、源：socket，读取客户端发过来的需要转换的数据
* 4、目的：显示在控制台上
* 5、将数据转换成大写发送给客户端
* */

//1、创建serversocket对象
ServerSocket ss=new ServerSocket(10005);

//2、获取socket对象
Socket s=ss.accept();//阻塞式的

//3获取IP
String ip=s.getInetAddress().getHostAddress();
System.out.println(ip+"......connected");

//4、获取socket的读取流，并装饰
BufferedReader bufIn=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));

//5、获取socket的输出，并修饰
PrintWriter out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
String line=null;
while((line=bufIn.readLine())!=null){
//将读取到的字符数据打印出来
System.out.println(line);

//将修饰好的字符输出到客户端
out.println(line.toUpperCase());
}

s.close();
ss.close();

}

下图是图解TCP/IP传输过程：



但是，在本次传输中会出现一些问题：什么时候服务器端知道客户端的数据已经全部发送完毕了？？什么时候客户端觉得自己的数据已经全部发送完，上面的代码里客户端是不知道的？

在上面的代码里，我并没有添加所谓的结束标志符。而read方法或者readLine方法是阻塞式，所以客户端始终无法自己判断自己有没有将数据全部传输过去。正确的解决方法是：在while循环外界添加s.shutdownOutputStream()。这样就提示客户端我的输出流没有输出数据了，同时也会自己发给服务器端一个结束标志。同理服务器端也就知道了。

本文由XXiaoLEI 整理