Java 学习笔记基础篇 015 网络

BS架构（Browser-Server架构）

BS架构，即Browser-Server架构，是一种基于浏览器和服务器的架构模式。它的主要特点是：

客户端：用户通过浏览器访问应用程序，无需安装专门的软件。
服务器端：所有的业务逻辑和数据处理都在服务器端完成，客户端只负责显示和交互。
优点：
- 易于维护和升级：只需在服务器端进行更新，客户端无需任何操作。
- 跨平台：只要有浏览器，就可以访问应用程序，无论是PC、手机还是平板。
缺点：
- 对网络依赖较强：需要稳定的网络连接。
- 性能受限：由于所有操作都在服务器端完成，可能会受到服务器性能和网络带宽的限制。

CS架构（Client-Server架构）

CS架构，即Client-Server架构，是一种基于客户端和服务器的架构模式。它的主要特点是：

客户端：用户需要安装专门的软件，客户端负责部分业务逻辑和数据处理。
服务器端：服务器负责主要的业务逻辑和数据处理，客户端与服务器进行数据交互。
优点：
- 性能较好：客户端可以分担部分计算任务，减轻服务器压力。
- 功能丰富：客户端软件可以提供更丰富的功能和更好的用户体验。
缺点：
- 维护和升级较复杂：需要在每个客户端进行更新。
- 跨平台性较差：不同平台需要开发不同版本的客户端软件。

总结

BS架构适用于需要频繁更新和跨平台访问的应用，如Web应用、在线服务等。
CS架构适用于需要高性能和丰富功能的应用，如桌面软件、企业内部系统等。

实现网络传输的三个要素

使用IP地址：准确地定位网络上一台或多台主机。
使用端口号：定位主机上的特定应用。
规范网络通信协议：可靠、高效地进行数据传输。

通信要素1：IP地址

3.1 作用

IP地址用来给网络中的一台计算机设备做唯一的编号。

3.2 IP地址分类

IPv4：
- 占用4个字节。
- 例如：192.168.0.1
IPv6：
- 占用16个字节。
- 例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

IP地址分类方式2

公网地址：
- 用于万维网（Internet）。
- 例如：8.8.8.8（Google的公共DNS服务器）。
私有地址：
- 用于局域网（LAN）。
- 例如：192.168.0.1（常见的路由器地址）。

本地回路地址

127.0.0.1：本地回路地址，用于测试本机网络配置和网络应用。

域名

域名是便捷的记录IP地址的方式，便于人们记忆和使用。例如：

通信要素2：端口号

作用

端口号可以唯一标识主机中的进程（应用程序）。
不同的进程分配不同的端口号。
端口号的范围是0~65535。

InetAddress的使用

5.1 作用

InetAddress类的一个实例就代表一个具体的IP地址。

5.2 实例化方式

InetAddress getByName(String host)：获取指定IP对应的InetAddress的实例。
InetAddress getLocalHost()：获取本地IP对应的InetAddress的实例。

5.3 常用方法

getHostName()：获取主机名。
getHostAddress()：获取IP地址

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 获取指定IP地址的InetAddress对象
            InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("192.168.23.31");
            System.out.println(inet1);

            // 获取指定域名的InetAddress对象
            InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
            System.out.println(inet2); // www.atguigu.com/122.228.95.175

            // 获取本地主机的InetAddress对象
            InetAddress inet3 = InetAddress.getLocalHost();
            System.out.println(inet3); // DESKTOP-QCP2QPI/192.168.21.107

        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

TCP协议

通信的两个应用进程：客户端、服务端。
建立连接：使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道。
三次握手：传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的。
重发机制：TCP协议使用重发机制，当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体确认信息，如果没有收到确认信息，则会再次重复发送消息。
大数据量传输：在连接中可进行大数据量的传输。
释放连接：传输完毕，需释放已建立的连接，效率较低。

UDP协议

通信的两个应用进程：发送端、接收端。
数据包：将数据、源、目的封装成数据包（传输的基本单位），不需要建立连接。
不可靠传输：发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，不能保证数据的完整性，故是不可靠的。
数据报大小限制：每个数据报的大小限制在64K内。
无需释放资源：发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高。
适用场景：适用于音频、视频和普通数据的传输，例如视频会议。

TCP三次握手

三次握手是TCP协议在建立连接时使用的过程，确保双方都准备好进行通信。具体步骤如下：

第一次握手：
- 客户端发送一个SYN（同步序列编号）包到服务器，表示客户端希望建立连接。
- 服务器接收到SYN包后，进入SYN-RECEIVED状态。
第二次握手：
- 服务器发送一个SYN-ACK（同步确认）包到客户端，表示服务器同意建立连接，并确认客户端的SYN包。
- 客户端接收到SYN-ACK包后，进入SYN-RECEIVED状态。
第三次握手：
- 客户端发送一个ACK（确认）包到服务器，表示客户端确认服务器的SYN-ACK包。
- 服务器接收到ACK包后，进入ESTABLISHED状态，连接建立完成。

TCP四次挥手

四次挥手是TCP协议在断开连接时使用的过程，确保双方都能正常关闭连接。具体步骤如下：

第一次挥手：
- 客户端发送一个FIN（结束）包到服务器，表示客户端希望断开连接。
- 服务器接收到FIN包后，进入CLOSE-WAIT状态。
第二次挥手：
- 服务器发送一个ACK（确认）包到客户端，表示服务器确认客户端的FIN包。
- 客户端接收到ACK包后，进入FIN-WAIT-2状态。
第三次挥手：
- 服务器发送一个FIN包到客户端，表示服务器也希望断开连接。
- 客户端接收到FIN包后，进入CLOSING状态。
第四次挥手：
- 客户端发送一个ACK包到服务器，表示客户端确认服务器的FIN包。
- 服务器接收到ACK包后，进入CLOSED状态，连接断开完成。

Socket类

Socket类是网络编程中用于实现通信的基本单元。网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起构成唯一能识别的标识符——套接字（Socket）。利用套接字开发网络应用程序早已被广泛采用，成为事实上的标准。网络通信其实就是Socket间的通信。

主要特点

通信的两端都要有Socket：是两台机器间通信的端点。
数据传输：Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过I/O传输。
客户端和服务端：一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端。

Socket分类

流套接字（Stream Socket）：
- 使用TCP提供可依赖的字节流服务。
- ServerSocket：实现TCP服务器套接字，等待请求通过网络传入。
- Socket：实现客户端套接字，是两台机器间通信的端点。
数据报套接字（Datagram Socket）：
- 使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务。
- DatagramSocket：用于发送和接收UDP数据报包的套接字。

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPTest1 {
    // 客户端
    public void client() {
        try {
            // 创建一个Socket连接到服务器
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            System.out.println("客户端已连接到服务器");

            // 发送数据到服务器
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            String message = "Hello, Server!";
            outputStream.write(message.getBytes());

            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 服务端
    public void server() {
        try {
            // 创建一个ServerSocket
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器已启动，等待客户端连接...");
            // 调用accept() 接收客户端的Socket
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端已连接");

            // 接收数据
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = inputStream.read(buffer);
            while (len != -1) {
                System.out.println(new String(buffer, 0, len));
                len = inputStream.read(buffer);
            }

            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TCPTest1 test = new TCPTest1();
        // 启动服务端
        new Thread(() -> test.server()).start();
        // 启动客户端
        new Thread(() -> test.client()).start();
    }
}

需要注意使用 byte 传输时有可能会出现汉字乱码，这时候我们可以使用 ByteArrayOutputStream

客户端代码

java

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

public class FileClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建一个Socket连接到服务器
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            System.out.println("客户端已连接到服务器");

            // 发送文件到服务器
            File file = new File("path/to/your/file.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, len);
            }

            fis.close();
            os.close();
            socket.close();
            System.out.println("文件发送成功");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务端代码

java

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class FileServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建一个ServerSocket
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("服务器已启动，等待客户端连接...");

            // 接收客户端的连接
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端已连接");

            // 接收文件
            InputStream is = socket.getInputStream();
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("path/to/save/received_file.txt");

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, len);
            }

            fos.close();
            is.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
            System.out.println("文件接收成功");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

说明

客户端：
- 创建一个Socket连接到服务器。
- 读取文件并通过Socket的输出流发送到服务器。
服务端：
- 创建一个ServerSocket等待客户端连接。
- 接收客户端发送的文件并保存到指定路径。

聊天室

UDP

发送端代码

java

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPTest {
    public void sender() throws Exception {
        // 1. 创建DatagramSocket的实例
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 2. 将数据、目的地的IP，目的地的端口号都封装在DatagramPacket数据报中
        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 9090;
        byte[] bytes = "我是发送端".getBytes("UTF-8");
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, inetAddress, port);

        // 发送数据
        ds.send(packet);
        ds.close();
        System.out.println("数据发送成功");
    }
}

接收端代码

java

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class UDPTest {
    @Test
    public void receiver() throws Exception {
        // 1. 创建DatagramSocket的实例
        int port = 9090;
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(port);

        // 接收数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
        ds.receive(packet);

        // 处理接收到的数据
        String receivedData = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength(), "UTF-8");
        System.out.println("接收到的数据: " + receivedData);

        ds.close();
    }
}

说明

发送端：
- 创建一个 DatagramSocket 实例。
- 将数据、目的地的IP地址和端口号封装在 DatagramPacket 数据报中。
- 发送数据报并关闭 DatagramSocket。
接收端：
- 创建一个 DatagramSocket 实例并绑定到指定端口。
- 接收数据报并处理接收到的数据。
- 关闭 DatagramSocket。

URL (Uniform Resource Locator)

1. 作用

一个具体的URL就对应着互联网上某一资源的地址。它是定位和访问网络资源的关键。

2. URL的格式

一个URL的典型格式如下：

http://192.168.21.107:8080/examples/abcd.jpg?name=Tom

应用层协议：http
IP地址：192.168.21.107
端口号：8080
资源地址：/examples/abcd.jpg
参数列表：?name=Tom

URL类的实例化及常用方法

实例化方式

通过字符串创建URL对象：

java

URL url = new URL("http://www.example.com");

通过协议、主机、文件路径创建URL对象：

java

URL url = new URL("http", "www.example.com", "/index.html");

通过协议、主机、端口、文件路径创建URL对象：

java

URL url = new URL("http", "www.example.com", 80, "/index.html");

常用方法

获取协议：

java

String protocol = url.getProtocol();

获取主机名：

java

String host = url.getHost();

获取端口号：

java

int port = url.getPort();

获取文件路径：

java

String path = url.getPath();

获取查询参数：

java

String query = url.getQuery();

端口号

作用：

用于区分同一台主机上的不同进程。
不同的进程分配不同的端口号。

范围：

0-65535

网络通信协议

网络通信协议有两套参考模型：

OSI参考模型：
- 模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广。
TCP/IP参考模型（或TCP/IP协议）：
- 事实上的国际标准。

在传输层中涉及到两个协议：TCP和UDP。二者的对比如下：

TCP协议

可靠的连接：发送数据前，需要三次握手，断开连接时需要四次挥手。
大数据量传输：适合进行大数据量的传输。
效率低：由于需要建立连接和确认数据的接收，效率较低。

UDP协议

不可靠的连接：发送前不需要确认对方是否在，接收方也不确认数据的接收。
数据报传输：每个数据报的大小限制在64KB以内。
效率高：发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高。
适用场景：适用于音频、视频和普通数据的传输，例如视频会议。

TCP的三次握手和四次挥手

三次握手：

客户端发送SYN包到服务器，表示希望建立连接。
服务器发送SYN-ACK包到客户端，表示同意建立连接。
客户端发送ACK包到服务器，确认连接建立。

四次挥手：

客户端发送FIN包到服务器，表示希望断开连接。
服务器发送ACK包到客户端，确认收到断开请求。
服务器发送FIN包到客户端，表示也希望断开连接。
客户端发送ACK包到服务器，确认断开连接。

TCP网络编程

TCP网络编程涉及到使用Socket和ServerSocket类来实现客户端和服务端之间的通信。客户端主动发起连接，服务端等待连接请求。

UDP网络编程

UDP网络编程涉及到使用DatagramSocket和DatagramPacket类来实现数据报的发送和接收。UDP不需要建立连接，适合快速传输小数据量的场景

TCP网络编程

例题1：客户端发送内容给服务端，服务端将内容打印到控制台上

客户端代码：

java

import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("Hello, Server!".getBytes());
            os.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务端代码：

java

import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream is = socket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = is.read(buffer);
            System.out.println(new String(buffer, 0, len));
            is.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

例题2：客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地

客户端代码：

java

import java.io.FileInputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class FileClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            FileInputStream fis = new FileInputStream("path/to/your/file.txt");
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, len);
            }
            fis.close();
            os.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务端代码：

java

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class FileServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream is = socket.getInputStream();
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("path/to/save/received_file.txt");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, len);
            }
            fos.close();
            is.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

例题3：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地，并返回“发送成功”给客户端

客户端代码：

java

import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class FileClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            FileInputStream fis = new FileInputStream("path/to/your/file.txt");
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, len);
            }
            socket.shutdownOutput();

            InputStream is = socket.getInputStream();
            byte[] response = new byte[1024];
            int responseLen = is.read(response);
            System.out.println(new String(response, 0, responseLen));

            fis.close();
            os.close();
            is.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务端代码：

java

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class FileServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream is = socket.getInputStream();
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("path/to/save/received_file.txt");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, len);
            }
            fos.close();

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("发送成功".getBytes());

            is.close();
            os.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

UDP网络编程

UDP网络编程涉及到使用DatagramSocket和DatagramPacket类来实现数据报的发送和接收。UDP不需要建立连接，适合快速传输小数据量的场景。

URL编程

Java后台：将写好的Java程序部署在Tomcat服务器，启动Tomcat服务器。

前台：使用浏览器进行访问，需要使用URL（HTML+CSS+JavaScript）。

URL的作用：定位互联网上某一资源的地址。

URL的格式：

http://192.168.21.107:8080/examples/abcd.jpg?name=Tom

应用层协议：http
IP地址：192.168.21.107
端口号：8080
资源地址：/examples/abcd.jpg
参数列表：?name=Tom

Java 学习笔记 基础篇 015 网络

BS架构（Browser-Server架构）

CS架构（Client-Server架构）

总结

实现网络传输的三个要素

通信要素1：IP地址

3.1 作用

3.2 IP地址分类

IP地址分类方式2

本地回路地址

域名

通信要素2：端口号

作用

InetAddress的使用

5.1 作用

5.2 实例化方式

5.3 常用方法

TCP协议

UDP协议

TCP三次握手

TCP四次挥手

Socket类

主要特点

Socket分类

客户端代码

服务端代码

说明

发送端代码

接收端代码

说明

URL (Uniform Resource Locator)

1. 作用

2. URL的格式

URL类的实例化及常用方法

实例化方式

常用方法

端口号

网络通信协议

TCP协议

UDP协议

TCP的三次握手和四次挥手

TCP网络编程

UDP网络编程

TCP网络编程

例题1：客户端发送内容给服务端，服务端将内容打印到控制台上

例题2：客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地

例题3：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地，并返回“发送成功”给客户端

UDP网络编程

URL编程

Java 学习笔记基础篇 015 网络