Java學習日誌(二十三): 網絡編程，TCP通信程序（Socket）

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網絡編程

軟件結構

C/S結構 ：全稱爲Client/Server結構，是指客戶端和服務器結構。常見程序有ＱＱ、迅雷等軟件。

B/S結構 ：全稱爲Browser/Server結構，是指瀏覽器和服務器結構。常見瀏覽器有谷歌、火狐等。

網絡編程三要素

協議

網絡通信協議：通信協議是對計算機必須遵守的規則，只有遵守這些規則，計算機之間才能進行通信。這就 好比在道路中行駛的汽車一定要遵守交通規則一樣，協議中對數據的傳輸格式、傳輸速率、傳輸步驟等做了 統一規定，通信雙方必須同時遵守，最終完成數據交換。

TCP/IP協議： 傳輸控制協議/因特網互聯協議( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是 Internet最基本、最廣泛的協議。它定義了計算機如何連入因特網，以及數據如何在它們之間傳輸的標準。它 的內部包含一系列的用於處理數據通信的協議，並採用了4層的分層模型，每一層都呼叫它的下一層所提供的 協議來完成自己的需求。

TCP：傳輸控制協議 (Transmission Control Protocol)。TCP協議是面向連接的通信協議，即傳輸數據之前， 在發送端和接收端建立邏輯連接，然後再傳輸數據，它提供了兩臺計算機之間可靠無差錯的數據傳輸。
三次握手：TCP協議中，在發送數據的準備階段，客戶端與服務器之間的三次交互，以保證連接的可 靠。
第一次握手，客戶端向服務器端發出連接請求，等待服務器確認。
第二次握手，服務器端向客戶端回送一個響應，通知客戶端收到了連接請求。
第三次握手，客戶端再次向服務器端發送確認信息，確認連接。整個交互過程如下圖所示。

完成三次握手，連接建立後，客戶端和服務器就可以開始進行數據傳輸了。由於這種面向連接的特性，TCP協議可 以保證傳輸數據的安全，所以應用十分廣泛，例如下載文件、瀏覽網頁等。

IP地址

IP地址：指互聯網協議地址（Internet Protocol Address），俗稱IP。IP地址用來給一個網絡中的計算機設 備做唯一的編號。假如我們把“個人電腦”比作“一臺電話”的話，那麼“IP地址”就相當於“電話號碼”。

IP地址分類

• IPv4：是一個32位的二進制數，通常被分爲4個字節，表示成 a.b.c.d 的形式，例如 192.168.65.100 。其 中a、b、c、d都是0~255之間的十進制整數，那麼最多可以表示42億個。
• IPv6：由於互聯網的蓬勃發展，IP地址的需求量愈來愈大，但是網絡地址資源有限，使得IP的分配越發緊張。 有資料顯示，全球IPv4地址在2011年2月分配完畢。 爲了擴大地址空間，擬通過IPv6重新定義地址空間，採用128位地址長度，每16個字節一組，分成8組十六進 制數，表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ，號稱可以爲全世界的每一粒沙子編上一個網 址，這樣就解決了網絡地址資源數量不夠的問題。

常用命令：

• 查看本機地址

    ipconfig
  

• 檢查網絡是否連通

    ping 空格 IP地址 
    ping 220.181.57.216 
    ping www.baidu.com
  

• 特殊的IP地址

    本機IP地址： 127.0.0.1 、 localhost 
  

端口號

TCP通信程序（Socket）

TCP通信程序概述

TCP通信能實現兩臺計算機之間的數據交互，通信的兩端，要嚴格區分爲客戶端（Client）與服務端（Server）。
兩端通信時步驟：

1. 服務端程序，需要事先啓動，等待客戶端的連接。
2. 客戶端主動連接服務器端，連接成功才能通信。服務端不可以主動連接客戶端。

在Java中，提供了兩個類用於實現TCP通信程序：

1. 客戶端： java.net.Socket 類表示。創建 Socket 對象，向服務端發出連接請求，服務端響應請求，兩者建 立連接開始通信。
2. 服務端： java.net.ServerSocket 類表示。創建 ServerSocket 對象，相當於開啓一個服務，並等待客戶端 的連接。

TCP通信的原理

TCP通信的客戶端程序

TCP通信的客戶端程序：向服務器發送請求連接，和服務器經過三次握手建立邏輯連接；客戶端可以給服務器發送數據，讀取服務器回寫的數據。
表示客戶端的類：
java.net.Socket：該類實現客戶端套接字（也稱爲“套接字”）。 套接字是兩臺機器之間通信的端點。
套接字：封裝了IP地址和端口的網絡軟件

構造方法：
Socket​(String host, int port) 創建流套接字並將其連接到指定主機上的指定端口號。
參數：

    String host：主機名稱/IP地址 表示本機IP：127.0.0.1/localhost
    int port：端口號

成員方法：
OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的輸出流。
InputStream getInputStream() 返回此套接字的輸入流。

實現步驟：

1. 創建客戶端Socket對象，構造方法封裝服務器的IP地址和端口號
2. 使用Socket對象中的方法getOutputStream，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象
3. 使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給服務器發送數據
4. 使用Socket對象中的方法getInputStream，獲取網絡字節輸入流InputStream對象
5. 使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取服務器回寫的數據
6. 釋放資源（關閉socket）

注意：

1. 在創建客戶端對象Socket的時候，向服務器發送請求連接，和服務器經過三次握手建立邏輯連接
   服務器已經啓動，那麼客戶端就可以給服務器發送數據
   服務器沒有啓動，客戶端就會拋出連接異常java.net.ConnectException: Connection refused: connect
2. 客戶端和服務器之間進行交互，必須使用Socket中提供的網絡流，不能用自己創建的流

代碼示例：客戶端程序

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.創建客戶端Socket對象，構造方法封裝服務器的IP地址和端口號
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //2.使用Socket對象中的方法getOutputStream，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給服務器發送數據
        os.write("你好服務器".getBytes());
        //4.使用Socket對象中的方法getInputStream，獲取網絡字節輸入流InputStream對象
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //5.使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取服務器回寫的數據
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = is.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        //6.釋放資源（關閉socket）
        socket.close();
    }
}

TCP通信的服務器端程序

TCP通信的服務器端程序：接收客戶端的請求和客戶端建立邏輯連接；接收客戶端發送的數據，給客戶端回寫數據
表示服務器的類：
java.net.ServerSocket：該類實現服務器套接字
構造方法：
ServerSocket​(int port) 創建綁定到指定端口的服務器套接字。

服務器有一件特別重要的事情，必須明確是哪個客戶端請求的服務器：
在服務器有一個成員方法，叫accept可以監聽並獲取到請求的客戶端Socket對象
Socket accept() 偵聽對此套接字的連接並接受它。
一直等待客戶端的連接，有客戶端請求，就會獲取到客戶端

實現步驟：

1. 創建服務器ServerSocket對象，構造方法和系統要指定的端口號
2. 使用ServerSocket對象中的方法accept，監聽並獲取到請求的客戶端Socket對象
3. 使用Socket對象中的方法getInputStream，獲取網絡字節輸入流InputStream對象
4. 使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取客戶端發送的數據
5. 使用Socket對象中的方法getOutputStream，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象
6. 使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給客戶端回寫數據
7. 釋放資源（Socket，ServerSocket）

代碼實現：服務器端程序

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.創建服務器ServerSocket對象，構造方法和系統要指定的端口號
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        //2.使用ServerSocket對象中的方法accept，監聽並獲取到請求的客戶端Socket對象
        Socket socket = server.accept();
        //3.使用Socket對象中的方法getInputStream，獲取網絡字節輸入流InputStream對象
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.使用網絡字節輸入流InputStream對象中的方法read，讀取客戶端發送的數據
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = is.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        //5.使用Socket對象中的方法getOutputStream，獲取網絡字節輸出流OutputStream對象
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //6.使用網絡字節輸出流OutputStream對象中的方法write，給客戶端回寫數據
        os.write("收到，謝謝".getBytes());
        //7.釋放資源（Socket，ServerSocket）
        socket.close();
        server.close();

    }
}

輸出結果：
客戶端啓動之後，客戶端發送數據

服務器端收到數據後，返回信息