本文章是本人根据视频和网上资料整理所写笔记，可能有不通顺或遗漏的地方，请尽量参考学习来源处的链接去进行学习。
1、学习来源
JavaSE 网络编程 https://www.jianshu.com/p/4418b4005716
菜鸟教程 https://www.runoob.com/java/java-networking.html
2、网络编程的两个重要问题
- 如何准确定位网络上一台或多台主机
- 找到主机之后如何进行通信
3、网络通信的要素
- IP和端口号
- 网络通信协议：UDP、TCP
4、IP
唯一定位一台网络上计算机（网络中设备的标识）
127.0.0.1：本机localhost
ip地址分类：
（1）ipv4：4个字节
（2）ipv6：128位，8个无符号整数
（3）公网（互联网）
（4）私网（局域网）
域名：记忆ip
5、端口port
- 用于标识进程的逻辑地址，不同的进程有不同的端口号，区分软件
- 划分0~65535
- TCP、UDP：单个协议下，端口号不能冲突，(不同协议端口号相同不冲突）
| 端口分类(0~65535) | |
|---|---|
| 公有端口：0~1023 | HTTP : 80、HTTPS : 443、FTP：21 |
| 软件注册端口：1024~49151，分配用户或者程序 | Tomcat ：8080、MySQL：3306、Oracle：1521 |
| 动态、私有：49152~65535 |
netstat -ano #查看所有的端口
netstat -ano | findstr "8080" # 查看指定的端口
6、通信协议
| TCP | UDP |
|---|---|
| 用户传输协议 | 用户数据报协议 |
| 建立连接，形成传输数据的通道 | 将数据及源和目的封装成数据包中，不需要建立连接 |
| 在连接中进行大数据量传输 | 每个数据报的大小在限制在64k内 |
| 连接、稳定，可靠协议 | 不连接、不稳定，不可靠协议 |
| 三次握手，四次挥手 | |
| 客户端，服务端 | 客户端，服务端：没有明确的界限 |
| 传输完成，释放连接，效率低 | 不管有没有准备好，都可以发送 |
7、Socket
- Socket就是为网络服务提供的一种机制。
- 通信的两端都有Socket。
- 网络通信其实就是Socket间的通信。
- 数据在两个Socket间通过IO传输。
8、UDP
不用连接，只需知道对方的地址，可以相互发送接收
8.1 UDP传输流程
- DatagramSocket与DatagramPacket
- 建立发送端，接收端。
注意： 发送端与接收端是两个独立的运行程序。
-
建立数据包。
-
调用Socket的发送接收方法。
-
关闭Socket。
| 重要类 | 常用方法 |
|---|---|
| DatagramSocket | send方法发送包、带参数的构造器开放一个端口port、receive阻塞接收、close方法关闭流 |
| DatagramPacket | 构造器方法（数据包，包含数据、起始位置、发送地址）：包装文件 |
8.2 发送端
- 在发送端，要在数据包对象中明确目的地 IP 及 端口。
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
byte[] by = "hello,udp".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,0,by.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10000);
ds.send(dp);
ds.close();
8.3 接收端
- 在接收端，要指定监听的端口。
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
byte[] by = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length);
ds.receive(dp);
String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println(str+"--"+dp.getAddress());
ds.close();
8.4 实现UDP聊天程序的两个步骤
- 通过键盘录入获取要发送的信息。
- 将发送和接收分别封装到两个线程中。
9、TCP
9.1 TCP传输流程
- Socket和ServerSocket
- 建立客户端和服务器端
- 建立连接后，通过Socket中的IO流进行数据的传输
- 关闭socket
- 同样，客户端与服务器端是两个独立的应用程序。
9.2 基本思路（客户端）
- 客户端需要明确服务器的ip地址以及端口，这样才可以去试着建立连接，如果连接失败，会出现异常。
- 连接成功，说明客户端与服务端建立了通道，那么通过IO流就可以进行数据的输，而Socket对象已经提供了输入流和输出流对象，通过getInputStream(),getOutputStream()获取即可。
- 与服务端通讯结束后，关闭Socket。
-
通过Socket建立对象并指定要连接的服务端主机以及端口。
Socket s = new Socket("127.0.0.1",9999); OutputStream out = s.getOutputStream(); out.write("hello".getBytes()); s.close();
9.3 基本思路（服务端）
- 服务端需要明确它要处理的数据是从哪个端口进入的。
- 当有客户端访问时，要明确是哪个客户端，可通过accept()获取已连接的客户端对象，并通过该对象与客户端通过IO流进行数据传输。
- 当该客户端访问结束，关闭该客户端。
- 建立服务端需要监听一个端口
ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
Socket s = ss.accept ();
InputStream in = s.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int num = in.read(buf);
String str = new String(buf,0,num);
System.out.println(s.getInetAddress().toString()+":"+str);
s.close();
ss.close();
10、Tcp传输最容易出现的问题
- 客户端连接上服务端，两端都在等待，没有任何数据传输。
- 通过例程分析：
- 因为read方法或者readLine方法是阻塞式。
- 解决办法：
- 自定义结束标记
- 使用shutdownInput，shutdownOutput方法。
11、TCP实现聊天
11.1 客户端
- 连接服务器 Socket
- 发送消息
- 核心代码
//1. 要知道服务器的地址、端口号
InetAddress serverIP = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
int port = 9999;
//2. 创建一个socket连接
Socket socket = new Socket(serverIP,port);
//3. 发送消息 IO流
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("Hello world".getBytes());
11.2 服务器
- 建立服务的端口 ServerSocket
- 等待用户的链接 accept
- 接收用户消息
- 核心代码
//1. 建立地址
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
while(true) {
//2. 等待用户端连接
Socket socket = serverSocket.accept();//阻塞式监听，一直等待客户端连接
//3. 读取客户端的消息
InputStream is = socket.getInputStream();
//管道流
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while( (len = is.read(buffer) )!= -1) {
baos.write(buffer,0,len);
}
System.out.println(baos.toString());
}
12、练习
- 建立一个群聊服务端。
- 客户端向服务端上传一个图片。
- 客户端向服务端发送用户名请求登陆，服务端通过验证，返回“欢迎光临”，未通过“用户不存在”。
13、关于BIO、NIO和AIO
13.1 同步和异步：
同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的，同步指的是用户进程触发IO 操作并等待或者轮询的去查看IO 操作是否就绪，而异步是指用户进程触发IO 操作以后便开始做自己的事情，而当IO 操作已经完成的时候会得到IO 完成的通知。
以银行取款为例：
同步 ： 自己亲自出马持银行卡到银行取钱（使用同步 IO 时，Java 自己处理IO 读写）；
异步 ： 委托一小弟拿银行卡到银行取钱，然后给你（使用异步IO 时，Java 将 IO 读写委托给OS 处理，需要将数据缓冲区地址和大小传给OS(银行卡和密码)，OS 需要支持异步IO操作API）；
阻塞和非阻塞：阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作方法的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或者写入方法会立即返回一个状态值。
以银行取款为例：
阻塞 ： ATM排队取款，你只能等待（使用阻塞IO时，Java调用会一直阻塞到读写完成才返回）；
非阻塞 ： 柜台取款，取个号，然后坐在椅子上做其它事，等号广播会通知你办理，没到号你就不能去，你可以不断问大堂经理排到了没有，大堂经理如果说还没到你就不能去（使用非阻塞IO时，如果不能读写Java调用会马上返回，当IO事件分发器通知可读写时再继续进行读写，不断循环直到读写完成）
13.2 BIO 编程
Blocking IO： 同步阻塞的编程方式。
BIO编程方式通常是在JDK1.4版本之前常用的编程方式。编程实现过程为：首先在服务端启动一个ServerSocket来监听网络请求，客户端启动Socket发起网络请求，默认情况下ServerSocket回建立一个线程来处理此请求，如果服务端没有线程可用，客户端则会阻塞等待或遭到拒绝。
且建立好的连接，在通讯过程中，是同步的。在并发处理效率上比较低。大致结构如下：
同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。
BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
使用线程池机制改善后的BIO模型图如下:
13.3 NIO 编程：Unblocking IO（New IO）： 同步非阻塞的编程方式。
NIO本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是BIO的大并发问题，NIO基于Reactor，当socket有流可读或可写入socket时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。也就是说，这个时候，已经不是一个连接就要对应一个处理线程了，而是有效的请求，对应一个线程，当连接没有数据时，是没有工作线程来处理的。
NIO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。
在NIO的处理方式中，当一个请求来的话，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等)，其实这个线程就被阻塞了，当并发上来的话，还是会有BIO一样的问题
13.4 AIO编程：Asynchronous IO： 异步非阻塞的编程方式。
与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。在JDK1.7中，这部分内容被称作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道：AsynchronousSocketChannel、AsynchronousServerSocketChannel、AsynchronousFileChannel、AsynchronousDatagramChannel