Java网络编程详解

内容：

1、网络通信协议

2、UDP与TCP

3、UDP通信

4、TCP通信

5、网络编程总结

1、网络通信协议

(1)基本概念

网络：由多台计算机以及外部设备连接起来的一个系统，我们称之为网络

通信协议：就像交通规则，规定网络上传输的数据的格式、大小、速度等

在我们现在的网络中都有哪些通信协议：

• TCP/IP
• UDP
• 其他协议

(2)TCP/IP

网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protocal)，

它是一个包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocal）协议和其它一些协议的协议组，在学习具体协议

之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。

在进行数据传输时，要求发送的数据与收到的数据完全一样，这时，就需要在原有的数据上添加很多信息，以保证数据在

传输过程中的数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单，共分为四层，如图所示：

上图中，TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能，详细解释：

• 链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。
• 网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。
• 运输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。
• 应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等

(3)IP地址和端口号

IP地址：网络中每一台计算机的逻辑标识

端口号：区分计算机中的不同程序(0到65535)

总结：当我们向别的计算机发送信息时我们可以通过IP地址找到计算机，通过端口号确定应用程序

(4)InetAddress类使用

了解了IP地址的作用，我们看学习下JDK中提供了一个InetAdderss类，该类用于封装一个IP地址，并提供了

一系列与IP地址相关的方法，下表中列出了InetAddress类的一些常用方法：

上图中，列举了InetAddress的四个常用方法：

• 前两个方法用于获得该类的实例对象，
• 第一个方法用于获得表示指定主机的InetAddress对象，
• 第二个方法用于获得表示本地的InetAddress对象。
• 另外通过InetAddress对象便可获取指定主机名，IP地址等

接下来通过一个案例来演示InetAddress的常用方法，如下所示：

import java.net.*;

// INetAddress实例
public class INetAddressDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(local);      // 打印格式: 用户名/IP地址
        InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.baidu.com");

        System.out.println("本机的IP地址：" + local.getHostAddress());
        System.out.println("本机的主机名为: " + local.getHostName());
        System.out.println("itcast的IP地址：" + remote.getHostAddress());
        System.out.println("itcast的主机名为：" + remote.getHostName());
    }
}

2、UDP与TCP

(1)UDP协议

UDP协议的特点是面向无连接的通信协议，不保证数据的完整性

即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机

发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端

反馈是否收到数据,例如:我们的供屏软件。

 

这种协议既然有那么多缺点为什么还用它?

由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议

都使用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

但在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时

不建议使用UDP协议。UDP的交换过程如下图所示。

 

(2)TCP协议

TCP协议的特点是面向连接的通信协议，保证数据的安全和完整性

即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的

数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都

需要经过“三次握手”。第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认，第二次握手，服务器端

向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求，第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认

连接。整个交互过程如下图所示：

由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的安全性，所以是一个被广泛采用的协议，例如在下载文件时，

如果数据接收不完整，将会导致文件数据丢失而不能被打开，因此，下载文件时必须采用TCP协议

3、UDP通信

在UPD通信中有2个常用的类,一个是数据包类DatagramPacket，一个是数据包发送接收器类DatagramSocket

(1)DatagramPacket类

前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议，因此，在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像是

货运公司在两个码头间发送货物一样。在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装载货物，UDP通信也是一样，

发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包，为此JDK中提供了一个DatagramPacket类，该类的实例对象就相当于

一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

想要创建一个DatagramPacket对象，首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时，

使用的构造方法有所不同，接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据，而发送端的构造方法不但要

接收存放了发送数据的字节数组，还需要指定发送端IP地址和端口号。

构造方法如下：

常用方法如下：

(2)DatagramSocket类

DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”，可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有

“集装箱”是不够的，还需要有码头。在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行，为此JDK中

提供了DatagramSocket类，DatagramSocket类的作用就类似于码头，使用这个类的实例对象就可以发送和接收

DatagramPacket数据包，发送数据的过程如下图所示：

构造方法：

• 发送端：构造方法中可以指定端口号也可以不指定端口号
• 接收端：构造方法中必须要指定端口号

常用方法：

(3)UDP通信程序

大致过程如下所示：

发送端代码：

import java.net.*;

/*
 * 发送端:
 * 1,创建DatagramSocket对象
 * 2，创建DatagramPacket对象，并封装数据
 * 3，发送数据
 * 4，释放流资源
 */

public class UDPSender {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1,创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        // 2，创建DatagramPacket对象，并封装数据
        // 构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
        byte[] buffer = "hello, UDP".getBytes();
        InetAddress ip = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 12345;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, ip, port);
        // 3，发送数据
        ds.send(dp);
        // 4，释放流资源
        ds.close();

    }
}

接收端代码：

import java.net.*;

/*
 * UDP接收端
 * 
 * 1,创建DatagramSocket对象
 * 2,创建DatagramPacket对象
 * 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
 * 4,获取DatagramPacket对象的内容
 * 5,释放流资源
 */

public class UDPReceiver {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 1,创建DatagramSocket对象,并指定端口号
        int port = 12345;
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(port);
        // 2,创建DatagramPacket对象, 创建一个空的仓库
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, 1024);
        // 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
        System.out.println("等待发送端发送数据...");
        ds.receive(dp);
        // 4,获取DatagramPacket对象的内容
        InetAddress ipAddress = dp.getAddress();
        String ip = ipAddress.getHostAddress();// 获取到了IP地址
        // 发来什么数据 getData()以及发来多少数据 getLenth()
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        // 显示收到的数据
        String dataStr = new String(data, 0, length);
        System.out.println("IP地址：" + ip + "数据是" + dataStr);
        // 5,释放流资源
        ds.close();

    }
}

4、TCP通信

TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。

区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据

而TCP通信是严格区分客户端与服务器端，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，

服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。

在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是Socket类，用于表示客户端，另一个是ServerSocket类，用于表示服务器端。

通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，

然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。

(1)ServerSocket

构造方法：

常用方法：

ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，

接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法

才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。

(2)Socket

构造方法：

 常用方法：

在Socket类的常用方法中，getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，

数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。

接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输，如下图所示：

(3)TCP通信程序

服务器端：

/*
 * TCP 服务器端
 * 
 * 1,创建服务器ServerSocket对象（指定服务器端口号）
 * 2,开启服务器了，等待客户端的连接，当客户端连接后，可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
 * 3,给客户端反馈信息
 * 4,关闭流资源
 */

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建服务器ServerSocket对象（指定服务器端口号）
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        //2,开启服务器了，等待客户端的连接，当客户端连接后，可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
        Socket s = ss.accept();
        //3,给客户端反馈信息
        /*
         * a,获取客户端的输出流
         * b,在服务端端，通过客户端的输出流写数据给客户端
         */
        //a,获取客户端的输出流
        OutputStream out = s.getOutputStream();
        //b,在服务端端，通过客户端的输出流写数据给客户端
        out.write("你已经连接上了服务器".getBytes());
        //4,关闭流资源
        out.close();
        s.close();
        //ss.close();  服务器流 通常都是不关闭的
    }

}

客户端：

/*
 * TCP 客户端
 * 
 * 1,创建客户端Socket对象,（指定要连接的服务器地址与端口号）
 * 2,获取服务器端的反馈回来的信息
 * 3,关闭流资源
 */

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1，创建客户端Socket对象,（指定要连接的服务器地址与端口号）
        Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        // 2,获取服务器端的反馈回来的信息
        InputStream in = s.getInputStream();
        // 把流中的数据存储到数组中，并记录读取字节的个数
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int length = in.read(buffer);
        // 显示数据
        InetAddress ip = s.getInetAddress();
        System.out.println(ip + new String(buffer, 0, length));
        // 3,关闭流资源
        in.close();
        s.close();

    }
}

服务端和客户端：

(4)文件上传案例

文件上传大致过程：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class FileUploadServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建服务器，等待客户端连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        //显示哪个客户端Socket连接上了服务器
        InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象
        String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串
        System.out.println("客户端的IP:" + ip);
        
        //2,获取Socket的输入流
        InputStream in = clientSocket.getInputStream();
        //3,创建目的地的字节输出流  
        BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\upload\" + System.currentTimeMillis() + ".jpg"));
        //4,把Socket输入流中的数据，写入目的地的字节输出流中
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = -1;
        while((len = in.read(buffer)) != -1){
            //写入目的地的字节输出流中
            fileOut.write(buffer, 0, len);
        }
        
        //-----------------反馈信息---------------------
        //5,获取Socket的输出流, 作用：写反馈信息给客户端
        OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();
        //6,写反馈信息给客户端
        out.write("图片上传成功".getBytes());
        
        out.close();
        fileOut.close();
        in.close();
        clientSocket.close();
        //serverSocket.close();
    }

}

import java.io.*;
import java.net.*;

public class FileUploadClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1,创建客户端Socket，连接服务器
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        // 2,获取Socket流中的输出流，功能：用来把数据写到服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 3,创建字节输入流，功能：用来读取数据源(图片)的字节
        BufferedInputStream fileIn = new BufferedInputStream(
                new FileInputStream("D:\test.jpg"));
        // 4,把图片数据写到Socket的输出流中(把数据传给服务器)
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = -1;
        while ((len = fileIn.read(buffer)) != -1) {
            // 把数据写到Socket的输出流中
            out.write(buffer, 0, len);
        }
        // 5,客户端发送数据完毕，结束Socket输出流的写入操作，告知服务器端
        socket.shutdownOutput();

        // -----------------反馈信息---------------------
        // 6,获取Socket的输入流 作用： 读反馈信息
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 7,读反馈信息
        byte[] info = new byte[1024];
        // 把反馈信息存储到info数组中，并记录字节个数
        int length = in.read(info);
        // 显示反馈结果
        System.out.println(new String(info, 0, length));

        // 8,关闭流
        in.close();
        fileIn.close();
        out.close();
        socket.close();
    }

}

5、网络编程总结

(1)基础知识

• IP地址：用来唯一表示我们自己的电脑的，是一个网络标示
• 端口号： 用来区别当前电脑中的应用程序的
• UDP: 传送速度快，但是容易丢数据，如视频聊天，语音聊天
• TCP: 传送稳定，不会丢失数据，如文件的上传、下载

 

(2)UDP程序交互的流程

发送端：

1,创建DatagramSocket对象

2，创建DatagramPacket对象，并封装数据

3，发送数据

4，释放流资源

 

接收端：

1,创建DatagramSocket对象

2,创建DatagramPacket对象

3,接收数据存储到DatagramPacket对象中

4,获取DatagramPacket对象的内容

 5,释放流资源

 

(3)TCP程序交互的流程

客户端：

1,创建客户端的Socket对象

2,获取Socket的输出流对象

3,写数据给服务器

4,获取Socket的输入流对象

5，使用输入流，读反馈信息

6,关闭流资源

 

服务器端：

1，创建服务器端ServerSocket对象，指定服务器端端口号

2，开启服务器，等待着客户端Socket对象的连接，如有客户端连接，返回客户端的Socket对象

3,通过客户端的Socket对象，获取客户端的输入流，为了实现获取客户端发来的数据

4,通过客户端的输入流，获取流中的数据

5,通过客户端的Socket对象，获取客户端的输出流，为了实现给客户端反馈信息

6,通过客户端的输出流，写数据到流中

7,关闭流资源