Java网络编程(下)

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网络编程套接字

套接字

TCP和UDP区别

有连接和无连接

可靠和不可靠传输

面向字节流和面向数据报

全双工和半双工

UDP数据报套接字编程

回显服务器

服务端

客户端

公网IP和私网IP

字典服务器

美图分享

网络编程套接字

套接字

socket就是网络编程的套接字, 可以认为是网络编程API的统称

操作系统提供的套接字不止一种, 常见的三种

1. 流式套接字 -> 给TCP使用

2. 数据报套接字 -> 给UDP使用

3. Unix域套接字(很少使用了) -> 不能跨主机通信, 只能本地主机上的进程和进程通信

TCP和UDP协议都是传输层协议, 都是服务于应用层

但是这两协议的差别去很大, 因此我们需要两套API分别去使用它们

TCP和UDP区别

总结概括就是

TCP: 有连接, 可靠传输, 面向字节流, 全双工

UDP: 无连接, 不可靠传输, 面向数据报, 全双工

有连接和无连接

TCP有连接: 比如打电话, 电话打通了才能说话, 可以选择接听, 也可以不接听

UDP无连接: 发短信微信, 对方不需要接通, 可以直接发送

有连接的特点: 通信双方保存了对方的信息

无连接的特点: 通信双方不需要保存对方的信息

可靠和不可靠传输

可靠传输 != 绝对安全, 只是尽可能保持数据不会丢失, 传输的过程可能会出现丢包

丢包: A向B传输10个数据, 但是中途经过很多交换机和路由器, 到B手中可能只剩下9个数据流了

TCP可靠传输: 尽量保持数据在传输中不丢失

UDP不可靠传输: 传输数不管对方有没有收到, 反正我发了

可靠传输也是有代价的, 传输效率会大打折扣

面向字节流和面向数据报

TCP面向字节流: 传输数据的基本单位是字节, 文件操作就是字节流, 像水流一样, 文件读写都非常灵活, TCP也是如此

UDP面向数据报: 传输数据的基本单位是UDP数据报, 一次读写必须读写一个完整的数据报, 不能缺斤少两, 不能多读多写

网络传输数据的基本单位

有四个, 数据报, 数据段, 数据包, 数据帧, 但一般不会过于区分, 都是混着用, 毕竟他们都是传输数据的基本单位, 硬要区分的话就是下面这样

1. 数据报DataGram (UDP传输的基本单位)

2. 数据段Segment (TCP)

3. 数据包 Packet (IP)

4. 数据帧 Frame (数据链路层)

全双工和半双工

全双工: 一条链路能够进行双向通信

半双工: 一条链路只能进行单向通信

TCP和UDP都是全双工

全双工特点: 使用socket对象时, 既可以读(接收)又可以写(发送)

半双工特点: 不能同时读和写, 只能进行其中一项

UDP数据报套接字编程

DatagramSocket: 这个类用于UDP数据报进行网络通信

DatagramPacket: 这个类封装数据报的类, 相当于将数据报包装成了一个类

一个形象的例子理解二者区别:

如果把UDP网络通信比作送快递的话, DatagramSocket相当于快递员, DatagramPacket相当于包裹

DatagramSocket负责管理和创建套接字(相当于快递员), 可以用来接收或者发送数据报(包裹), DatagramPacket类用于封装要发送或者接收的信息及目标地址和端口信息(相当于包裹), 可以被DatagramSocket发送或者接收

DatagramSocket构造方法

DatagramSocket(int port) : port是手动指定的端口号, 大小在0-->65535

DatagramSocket() : 无参数版本, 系统会随机指定一个端口号

DatagramPacket构造方法

DatagramPacket( byte[] buf, int length ) : 表示创建了一个名为buf的缓冲区, DatagramPacket只能使用length长度的缓冲区大小, 这种写法很奇怪, 比如这样:

为什么要有缓冲区:

如果客户端请求直接发送给服务端, 数量非常多时, 服务端压力会非常大,IO会非常频繁

可能会导致服务器挂了, 如果有一个缓冲区, 服务器可以不用那么及时去处理请求

大大减轻了服务器的压力, 同时存在缓冲区, 可以降低客户端和服务端的耦合性

回显服务器

服务端

我们直接来看服务端代码, 我在代码里加了注释, 建议复制粘贴到自己的编译器去看

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

public class UDPSever {
    private DatagramSocket socket = null;
    public UDPSever(String IP, int port)  throws IOException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException{
        System.out.println("服务器, 启动!");
        while (true) {
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            //创建了一个4096大小的缓冲区, DatagramPacket能使用缓冲区的大小为4096

            socket.receive(requestPacket);
            //DatagramSocket接收请求, receive可能会出现异常, 网络请求和响应也IO的一种抛出IOException异常即可
            //如果没有请求, receive就会自动阻塞, 阻塞到客户端发送请求为止

            String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());
            //这里就是解析数据了
            //由于数据报都是二进制数据,我们将他转化成字符串数据, 便于观察
            //getData()是获取整个缓冲区的数据, getLength()获取实际有效数据长度

            String response = responsemethod(request);
            //服务器响应请求

            DatagramPacket responsePacket  = new DatagramPacket(response.getBytes(),
                    0, response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            //构建响应数据报, 将响应的数据封装成数据报, 然后由服务器发送
            //数据报包含: 有效数据内容, 客户端地址, 端口号
            //getSocketAddress()可以获取完整的套接字信息, 包括IP信息端口号
            //getAddress只获取IP信息

            socket.send(responsePacket);
            //将数据报发送会客户端

            System.out.printf("日志: [%s:%d] requset = %s response = %s\n",
                    requestPacket.getAddress(), requestPacket.getPort(), request, response);
            //打印日志, System.out.printf(),可以像C语言一样, 格式化输出
            //System.out.println("[%s:%d]\n", requestPacket.getAddress(), requestPacket.getPort());
            //sout以ln结尾的不能格式化输出代码, System.out.println("%d", 5);像这种写法就是错的

        }
    }

    private String responsemethod(String request) {
        return request;
        //因为这里是模拟客户端和服务端, 所以响应我们写的简单点
        //客户端发送什么, 我们就原封不动的发送回去, 这种方式叫回显
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPSever udpSever = new UDPSever("127.0.0.1", 9090);
        udpSever.start();
    }
}

客户端

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UDPClient {
    public DatagramSocket socket = null;
    private String SeverIP;//服务器的IP
    private int SeverPort;//服务器的端口号
    public UDPClient(String SeverIP, int SeverPort) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();//系统随机分配客户端端口号
        //为什么不手动指定客户端端口号呢?因为服务器端口号固定,客户端才能找到,
        //如果服务器端口号经常变,就会非常麻烦,但是服务器并不需要关注客户端的端口号

        this.SeverIP = SeverIP;
        this.SeverPort = SeverPort;
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端, 启动!");
        while (true) {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入你要发送的请求: ");
            String request = scanner.next();

            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
                    0, request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(SeverIP), SeverPort);
            //构建请求数据报,包含有效数据, 服务器IP地址, 服务器端口号
            //SecerIP是字符串, 需要转成服务器能够识别的类型,
            // 我们也可以在创建IP的时候就传入InetAddress类型的,但这是给编译器看的,不方便我们理解

            socket.send(requestPacket);
            //客户端发送数据报到服务器

            DatagramPacket responsePacket= new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);//用于存放响应信息
            socket.receive(responsePacket);//接收响应信息
            
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getData().length);
            System.out.print(response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPClient udpClient = new UDPClient("127.0.0.1", 9090);
        udpClient.start();
    }
}

运行结果

公网IP和私网IP

每台电脑都有对应的IP, 但这并不意味着你知道了对方的IP就可以随意连接对方, 必须是公网IP才能够连接对方,如果不是公网IP, 还要连接对方, 你就需要和服务器在同一个局域网下才可以, 有点类似于开热点

私网IP和公网IP概念

私网IP: 地址满足(1) 10.*开头

(2) 172.16 -- 172.31*开头

(3) 192.168.*开头

满足这些开头的IP地址是私网地址, 其余都是公网IP地址

字典服务器

字典服务器: 输入英文单词, 返回对应的中文单词

这个很好实现, 就是在前面的回显服务器的基础上, 将响应方法改一下即可

因此我们的字典服务器直接继承UDPSever服务器类即可,然后重新里面的回显方法

import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;

public class UDPdictionarySever extends UDPSever {
    HashMap<String, String> dictionary = null;
    public UDPdictionarySever(String IP, int port) throws IOException {
        super(IP, port);
        dictionary = new HashMap<>();
        dictionary.put("hello", "你好");
        dictionary.put("world", "世界");
        dictionary.put("dog", "小狗");
        dictionary.put("cat", "小猫");
        dictionary.put("pig", "GGBond我的男神GGBond");
    }

    @Override
    public String responsemethod(String request) {
        return dictionary.getOrDefault(request, "该单词没有对应的中文");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPdictionarySever udPdictionarySever = new UDPdictionarySever("127.0.0.1", 9090);
        udPdictionarySever.start();
    }
}

注意事项