【Java EE初阶 --- 网络原理】网络编程

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前言

在上篇博客提到网络的发展史，我们知道实现网络通信的原理，那么实现网络通信能给人类发展带来怎么样的驱动力呢？这篇博客将带了解网络通信的最大优势，网络编程带来的丰富的网络资源。

网络编程原理

⽹络编程：指⽹络上的主机，通过不同的进程，以编程的⽅式实现⽹络通信（或称为⽹络数据传输）

因为应用层要把数据交给传输层，传输层就提供了一个接口socket,这个接口是程序员关注的重中之重；至于更底层的数据链路层的接口，我们基本不关心，它们基本都是操作系统实现完成的。
而在传输层中有两个核心协议：TCP/UDP

协议
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

· 有无连接，指的是一个抽象概念，逻辑上有无连接，也就是说，双方主机都保存在对方的信息
· 是否可靠传输，网络传输中，数据是非常容易出现丢失的情况，因为光电信号容易抽到外界干扰。可靠传输只是尽可能的提高传输成功的概率，不可靠传输把数据一发就不再管了。
· 面向字节流，读写数据时，以字节为单位；面向数据报， 读写数据时，以一个数据报为单位。
· 全双工支持双向通信（能读也能写）；半双工，只支持单向通信（要么读要么写）
网卡是由Socket文件操作，所以操作网卡和操作普通文件差不多；Socket文件就相当于“网卡的遥控器”

UDP Socket编程准备

DatagramSocket是UDP Socket，用于 发送和接收UDP数据报（工具）

打开文件

方法名
DatagramSocket()	创建⼀个UDP数据报的Socket，绑定到本机任意⼀个随机端⼝（⼀般⽤于客⼾端）
DatagramSocket(int port)	创建⼀个UDP数据报的Socket，绑定到本机指定的端⼝（⼀般⽤于服务端）

读写文件

方法名
void receive(DatagramPacket p )	从此套接字接收(读)数据报（如果没有接收到数据报，该⽅法会阻塞等待）
void send(DatagramPacket p)	从此套接字发送（写）数据报（不会阻塞等待，直接发送）

关闭文件

方法名
void close()	关闭此数据报套接字

DatagramPacket 是UDP Socket(单位)，是 发送和接收的数据报（数据）

构造方法
DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造⼀个DatagramPacket以⽤来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第⼀个参数buf）中，接收指定⻓度（第⼆个参数length）
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length,SocketAddress address)	构造⼀个DatagramPacket以⽤来发送数据报，发送的数据为字节数组（第⼀个参数buf）中，从0到指定⻓度（第⼆个参数length）。address指定⽬的主机的IP和端⼝号

方法
InetAddress getAddress()	从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址；或从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址
int getPort()	从接收的数据报中，获取发送端主机的端⼝号；或从发送的数据报中，获取接收端主机端⼝号

服务端

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class UdpEchoServer {private DatagramSocket socket=null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {//指定端口号，让服务器使用socket=new DatagramSocket(port);//socket对象代表网卡对象//读文件代表从网卡收数据，写文件代表从网卡发数据}public  void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器");while(true){//循环一次相当于处理一次请求//DatagramPacket表示一个UDP数据报，此处传入字节数组DatagramPacket requestpacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);//1.读取请求并解析socket.receive(requestpacket);//输出型参数//将读取到的二进制数据转换为字符串String request=new String(requestpacket.getData(),0,requestpacket.getLength());//2.根据请求，计算响应（此处为回显服务器）String response=process(request);//3.把响应返回给客户端//根据request构造 DatagramPacket，发送给客户端DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestpacket.getAddress(),requestpacket.getPort());//此时UPD协议无连接，没有保存客户端信息，还不知道发给谁//还需要知道目的IP和目的端口号socket.send(responsePacket);System.out.printf("[%s:%d] req:%s,resp:%s\n",requestpacket.getAddress().toString(),requestpacket.getPort(),request,response);}}private String process(String request){return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer server=new UdpEchoServer(9090);server.start();}
}

客户端

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.sql.SQLOutput;
import java.util.Scanner;public class UdpEchoClient {private DatagramSocket  socket = null;private String serverIP;private int serverPort;//客户端，构造方法要指定访问服务区的地址和端口号public UdpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws SocketException {this.serverIP=serverIP;this.serverPort=serverPort;socket=new DatagramSocket();}public void start() throws IOException {while(true){//客户端输入数据Scanner scanner=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入要发送的内容");if(!scanner.hasNext()){break;}String request=scanner.next();//把数据发给服务器，要构造DatagramPacket对象//不但要构造数据，也要设置好服务器的IP和端口号DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);//发送数据socket.send(requestPacket);//接收服务器的响应DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responsePacket);//日志String response=new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient client=new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);client.start();}
}

TCP Socket编程准备

TCP核心就是面向字节流，读写的基本单位就是字节byte
ServerSocket是创建 TCP 服务端 Socket 的接口

构造方法
ServerSocket(int port)	创建一个服务端Socket,并指定端口号

普通方法
Socket accept()	联通连接的关键操作
void close()	关闭套接字

Socket是客户端Socket,或者服务端接收到客户端建立连接的请求后，返回服务端Socket.但是无论是客户端还是服务端，都是双方建立联系以后，保存对端信息，与对方接收发数据的

构造方法
Socket(String host,int port)	创建一个客户端Socket，并与对应IP的主机上，对应端口的进程建立联系

普通方法
InetAddress getInetAddress()	返回Socket连接地址
InetStream getInputStream()	返回Socket输入流（读）
InetStream getOutputStream()	返回Socket输出流（写）

服务端

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TcpEchoServer {private ServerSocket serversocket=null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serversocket=new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器");while(true){//TCP先处理客户端发来的连接Socket clientSocket=serversocket.accept();processConnection(clientSocket);}}private void processConnection(Socket clientSocket){System.out.printf("[%s:%d]客户端上线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()) {Scanner scanner=new Scanner(inputStream);PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);while(true){//读取请求if(!scanner.hasNext()) {System.out.printf("[%s:%d]客户端下线\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());break;}String request=scanner.next();//根据请求计算响应String response=process(request);//返沪响应到客户端writer.println(response);writer.flush();System.out.printf("[%s:%d] req:%s,resp:%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}private String process(String request){return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server=new TcpEchoServer(9090);server.start();}
}

客户端

import jdk.jshell.SourceCodeAnalysis;import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TcpEchoClient {private Socket socket=null;public TcpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws IOException {socket=new Socket(serverIP,serverPort);}public void start(){Scanner scanner=new Scanner(System.in);try(InputStream inputStream=socket.getInputStream();OutputStream outputStream=socket.getOutputStream()){Scanner scanner1=new Scanner(inputStream);PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);while(true){//输入数据String request=scanner.next();//发送给服务器writer.println(request);//这里只是把数据发送到“发送缓冲区（内存）”，没有到网卡writer.flush();//刷新缓冲区//读取服务器返回的响应String response=scanner1.next();//打印System.out.println(response);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient client=new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);client.start();}
}

多个客户端同时发起请求

面对多个客户端同时给服务器发送请求，我们要求第一时间响应，也就是说服务端要同时回应多个请求，那就刚好用到了多线程的理念，多个线程解决多个客户端请求。

首先，我们使服务器只要接收到请求，就去创建一个线程，响应请求

public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");while (true) {Socket clientSocket = serversocket.accept();Thread t = new Thread(() -> {processConnection(clientSocket);});t.start();}
}

但是呢，如果有超级多的客户端发起请求，难道我们要创建同样多的线程吗？这种方法太浪费CPU资源，为了避免巨大的资源开销，可以引入线程池

public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();while (true) {Socket clientSocket = serversocket.accept();service.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {processConnection(clientSocket);}});}
}

完结

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