网络编程相关知识

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写一个应用程序,让这个程序可以使用网络通信,这里就需要调用传输层提供的api,传输层提供协议,主要是两个:
UDP,TCP,它们分别提供了一套不同的api,socket api.

UDP和TCP

UDP:无连接,不可靠传输,面向数据报,全双工
TCP:有连接,可靠传输,面向字节流,全双工
一个客户端可以连接多个服务器,一个服务器也可以连接多个客户端(多对多)

连接(connection)

链接(link)快捷方式
windows上只有软链接(符号链接),通过一个文件,文件的内容保存另一个文件的路径,实现软链接
Linux除了支持软连接,还支持硬链接(两个路径,共享同一个inode节点)

可靠传输和不可靠传输

可靠传输,不是说,A给B发信息100%能收到,而是A尽可能的把消息传给B,并且在传输失败或者成功的时候,A能够感知得到
这里的可靠与否,不能说明谁好谁坏,可靠传输想要实现,也是需要一定的成本,所以,有舍才有的,我们应该将这两种属性视为各自的特性
TCP和文件操作类似,都是"流"式的(由于这里传输的单位是字节,称为字节流)
比如:
通过TCP读写100字节的数据
可以一次读100字节
一次读写50字节,分两次
一次读写10字节,分10次
UDP是面向数据报,读写的基本单位,是一个UDP数据报(包含了一系列是数/属性)
全双工:一个通道,可以双向通信
半双工:一个通道,只能单向通信
UDP更简单,先认识UDP的socket api
两个核心的类:
1.DatagramSocket
操作系统,使用文件这样的概念,来管理一些硬件资源,网卡,操作系统也是使用文件的方式来管理网卡的,
表示网卡这样的文件,称为socket文件
Java中的socket对象,对应着系统里的socket文件(最终还是要落到网卡上)
要进行网络通信,必须得先有socket对象
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一个客户端的主机,上面运行的程序有很多,可能存在手动指定的端口号被别的程序占用的了,让系统分配,更为合适

2.DatagramPacket
表示UDP数据报,代表了系统中设定的UDP数据报的二进制数据

方法签名	方法说明
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，接收指定长度（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到指定长度（第二个参数length）。address指定目的主机的IP和端口号

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接下来,开始手动编写一个UDP客户端服务器

回显服务器

UDP版本

服务器

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class UdpEchoSerevr {
    DatagramSocket socket = null;
    public UdpEchoSerevr(int port) throws SocketException {
        //这里抛出的异常,最常见的情况是端口号被占用
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
    //使用下面的start取调用服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        //反复的,长期的执行针对客户端请求处理的逻辑.
        while(true){
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            //一个服务器,在执行过程中,主要执行的是三个核心任务
            //1.读取请求,并解析
            //下面这个方法中的参数DatagramPacket是一个"输出型参数"
            //传入receive的是一个空的对象
            //receive内部就会把这个空的对象的内容给填充上,
            //当receive执行结束的时候,就会得到一个装满内容的DatagramPacket
            socket.receive(packet);
            //要将数据报转换为字符串的前提是,客户端发的数据就是一个文本的字符串
            String request = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
            //2.根据请求,计算响应
            String response = process(request);
            //3.把响应写回给客户端
            //此时要告知网卡,要发送给客户端的内容是什么,要发给谁
            //getSocketAddress可以得到客户端主机的ip和端口号
            DatagramPacket responseRequest = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    packet.getSocketAddress());
            socket.send(responseRequest);
            System.out.printf("[%s:%d] req: %s,resp: %s\n",packet.getAddress().toString(),packet.getPort(),request,response);
        }
    }
    public String process(String request){
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoSerevr serevr = new UdpEchoSerevr(9090);
        serevr.start();
    }
}

客户端

package network;

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

public class UdpEchoClient {
    DatagramSocket socket = null;
    private String serevrIP;
    private int serverPort;
    public UdpEchoClient(String IP,int Port) throws SocketException {
        serevrIP = IP;
        serverPort = Port;
        socket = new DatagramSocket();
    }
    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("客户端启动!");
        while(true){
            System.out.println("->");
            String request = scanner.next();
            //构造UDP发送的数据报时，需要传入 SocketAddress ，该对象可以使用 InetSocketAddress 来创建。
            //构造请求对象,并发给服务器
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serevrIP),serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            //读取服务器的响应,并解析出响应内容
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestPacket);
            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("192.168.38.196" ,9090);
        client.start();
    }
}

字典服务器

package network;

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

public class UdpditServer extends UdpEchoSerevr{
    public static HashMap<String,String> hashMap = new HashMap<>();
    public UdpditServer(int port) throws SocketException {
        super(port);
        hashMap.put("cat","猫");
        hashMap.put("dog","狗");
        hashMap.put("girl","女孩");
        hashMap.put("boy","男孩");
    }

    @Override
    public String process(String request) {
        return hashMap.getOrDefault(request,"没有查到相关信息");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpditServer udpditServer = new UdpditServer(9090);
        udpditServer.start();
    }
}

TCP版本

分量要比UDP更重,用到更多的协议
TCP提供的API主要也是有两个类:
ServerSocket(给服务器使用的socket)
Socket(既会给服务器使用,也会给客户端使用)
这里不需要专门的类来表示TCP数据报,因为TCP是进行字节流传输的,是一个字节一个字节的进行传输的,而一个TCP数据报,就是一个字节数组

服务器

package network;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TcpEchoServer {
    //创建线程池,方便多线程实现多个客户端同时访问服务器
    private ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
    private ServerSocket serverSocket = null;
    public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
        serverSocket =new ServerSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        //进入start方法后,第一件事不是读取客户端的请求,而是处理客户端的"连接"
        //内核中的"连接",就像一个一个"代办事项",这些代办事项在一个队列 的数据结构中,
        //应用程序就要一个一个的完成这些任务,要完成任务,就要先取出这些任务
        //取出任务,需要用到下面这个方法
        //当客户端和服务器进行数据交互的时候,就会进行"握手"
        //"握手"成功后,就会生成一个这样的代办事项,称为"连接"
        //客户端的应用程序在生成serversocket文件的时候,socket内部会有一个队列,用来管理上述的"连接"
        //每个socket都有这样一个队列,各自独立
        //当没有客户端的时候,就会进入阻塞
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        //accept是把内核中已经建立好的连接,从serverSocket的队列中给拿到应用程序中,但是这里的返回值并非是一个"connection"对象
        //而是一个socket对象,通过这个socket对象和对方进行网络通信
        service.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    processConnection(clientSocket);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
    //通过这个方法,来处理连接的逻辑
    private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
        System.out.printf("[%s:%d]客户端上线!\n",clientSocket.getInetAddress().toString(),clientSocket.getPort());
        //接下来,就可以进行读取请求,根据请求计算响应,返回响应
        //socket内部包含两个字节流对象,可以把这两个字节流获取到,完成后续的工作
        try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
            //一次连接中,可能会涉及到多次请求/响应
            while (true){
                //1.读取请求并解析,为了方便读取,直接使用Scanner
                Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
                if (!scanner.hasNext()){
                    //读取完毕,客户端下线
                    System.out.printf("[%s:%d]客户端下线!",clientSocket.getInetAddress().toString(),
                            clientSocket.getPort());
                    break;
                }
                //这个代码暗含一个规定,客户端发过来的数据,必须是一个文本数据,同时,还得带有空白符作为分割(比如换行)
                String request = scanner.next();//next就是读取数据,一直读到空白符结束
                //2.根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //3.把响应写回给客户端,把outputStream使用PrinterWriter包裹一下,方便进行发数据
                PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
                //此处使用PrintWriter的println方法,把响应返回给客户端
                //次数用println就是为了在结尾加上一个\n,为方便客户端读取响应,使用Scanner.next读取
                writer.println(response);
                //这里还需要加一个"刷新缓冲区"的操作
                //IO操作是比较消耗资源的,相比于访问内存,进行IO次数越多,程序的速度就越慢,
                //使用一块内存作为缓冲区,写数据的时候,先写道缓冲区内进行一波缓冲,统一进行IO
                //PrintWriter内置了缓冲区,手动刷新,确保这里的数据是真的通过网卡发出去了,而不是残留在内存缓冲区中
                writer.flush();//不加这一句也不一定错,缓冲区满了的时候,也会触发刷新,程序退出也会
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //每次读取一个连接,都会创建一个socket,会很占用内存,因此,需要确保及时被close
            clientSocket.close();
        }
    }
    public String process(String request){
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        TcpEchoServer tcpEchoServer = new TcpEchoServer(9090);
        tcpEchoServer.start();
    }
}

客户端

package network;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class TcpEchoClient {
    private Socket socket = null;
    //要和服务器通信,就需要知道,服务器所在的位置
    public TcpEchoClient(String ServerIp,int ServerPort) throws IOException {
        //这个new操作之后,就完成了TCP的连接
        socket = new Socket(ServerIp,ServerPort);
    }
    public void start(){
        System.out.println("客户端启动!");
        try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()){
            while (true){
                //1.从控制台输入字符串
                System.out.println("->");
                Scanner scanner = new Scanner(System.in);
                String request = scanner.next();
                //2.把请求发送给服务器
                PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
                writer.println(request);
                writer.flush();
                //3.读取服务器的响应,并打印
                Scanner scanner1 = new Scanner(inputStream);
                String response = scanner1.next();
                System.out.println(response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

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