Java网络编程（精简版）

什么是计算机网络？

​ 计算机网络是指两台或更多的计算机组成的网络，在同一个网络里，任意两台计算机都可以直接通信，因为所有的计算机都遵从同一种网络协议。

网络编程主要问题：

• 如何准确的定位网络上一台或多台主机
• 找到主机后如何可靠高效的进行数据传输

编写网络通讯程序有两种做法

• TCP：基于传输控制协议
• UDP：基于用户数据报协议

网络协议简介：

• IP：Internet Protocol，分组交换协议。只负责发送数据包，不保证可靠传输。

• TCP：

  ​ Transport Control Protocol，传输控制协议。建立在 IP协议之上， 负责控制数据包传输，但是在传输数据之前需要先建立连接。

• UDP：

  ​ User Datagram Protocol，数据报文协议。UDP协议在通信之前不需要建立连接，属于无连接协议；传输效率高、使用简单，但数据传输不可靠，常用于对数据丢失容忍度较高的场景，如视频、音频会议。

端口说明：

​ UDP端口和 TCP端口虽然都使用 0 ~ 65535，但他们是两套独立的端口，一个应用程序通过TCP协议占用了 1234端口，不影响另一个应用程序通过 UDP协议占用 1234端口。

TCP与 UDP的对比：

名词解释：

• 面向字节流：应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），TCP把这些数据块看成是一连串无结构的字节流。TCP有一个缓冲，当应用程序传送的数据块太长，TCP就会把它分割成多块传送。
• 面向报文：应用层交给 UDP多长的报文，UDP就发送多长的报文，即一次发送一个报文。因此应用程序必须选择大小合适的报文。报文太长，则IP层需要分片，降低效率。
• 全双工：指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行。
• 半双工：指一个时间段内只有一个动作发生。

TCP/IP协议说明：

​ 因为 TCP/IP协议使用广泛，所以现在常用 TCP/IP来泛指互联网协议，而不仅仅是单指这两个协议。

IP地址说明：

• 在互联网中，IP地址用于标识网络接口（Network Interface）。

• 每台接入互联网的计算机至少拥有一个 IP地址，具体决定于网卡数量。

• 本机 IP地址为：127.0.0.1，也就是 hosts映射文件中的 localhost。

• 公网 IP可以被直接访问，内网 IP只能在内网访问，如 192.168.0.8。

• IPv4：采用 32位地址，分为 4组 8位数据8位 : 8位 : 8位 : 8位

  范围：0 ~ 255，地址总数有 2³²（大约 42亿）个，目前已耗尽。

• IPv6：采用 128位地址，分为 8组 16位数据16位 : 省略6部分 : 16位

  范围：0000~FFFF，地址总数 2¹³⁸（大约 340万亿亿亿亿），现阶段用不完。

每台计算机的网卡都有 3个关键配置：

• IP地址

• 子网掩码

• 网关 IP地址

网关说明：

计算机网络号：

• 简介：

  ​ 拥有相同计算机网络号的设备处于同一个网络之中，可以直接通信；否则只能借助网关等设备进行间接通信。

• 获得方式：根据每台计算机的 IP地址、子关掩码进行计算。

IP = 101.202.99.2
Mask = 255.255.255.0
Network = IP & Mask = 101.202.99.0

域名说明

• 直接记忆 IP地址非常困难。
• 域名是 IP地址的抽象表达形式。
• DNS：Domain Name Server，域名解析服务器负责把域名解析成客户端可以访问的 IP地址。
• nslookup指令：Name Server Lookup，解析域名。

❯ nslookup www.thinkstu.com
Server:		8.8.8.8
Address:	8.8.8.8#53

Non-authoritative answer:
Name:	www.thinkstu.com
Address: 39.107.99.33

OSI网络模型 与 TCP/IP网络模型

• OSI（七层）：Open System Interconnect，ISO组织定义的计算机互联标准模型，目的是简化网络各层的 *** 作、提供标准接口便于实现和维护。但 OSI只是理论模型，未被实际运用。
• TCP/IP（五层）：广泛运用，成为事实上的标准。

浏览器访问网页原理：

• 浏览器希望访问某个网站
• 两者通过 80端口或者 443端口建立 TCP连接
• 浏览器向服务器发送 HTTP请求
• 服务器收到请求，返回 HTTP响应（包含网页内容）
• 浏览器解析内容（渲染 HTML页面）

Java中的网络功能类：

• **应用层：**URL、URLConnection
• **传输层：**Socket、ServerSocket、DatagramPacket、DatagramSocket、MulticastSocket
• **IP层 ：**InetAddress

Java网络编程的主要方式：

• 基于 URL网络连接。
• 基于套接字 Socket通信。
• 基于 UDP数据报通信。

Socket简介

• Socket = IP地址 + 端口。
• IP对应主机，端口对应主机上的监听程序。
• 应用程序通过 Socket建立连接，具体网络功能由 *** 作系统底层实现，Java只提供封装。
• 这里说的是 *** 作系统层面的 Socket，不是 Java封装的 Socket类。
• 端口号由 *** 作系统分配，范围是 0 ~ 65535 （2¹⁶-1）。
• 小于 1024的端口属于特权端口，需要管理员权限。
• 大于 1024的端口可以任意使用。
• 每个 Socket都持有输入流、输出流。

TCP编程简介：

• 服务器端：主动监听指定端口；Socket = 自身IP地址 + 指定端口号。
• 客户端：主动连接服务器；Socket = 自身IP地址 + *** 作系统随机分配的端口号。

Java类介绍：

• ServerSocket：用于服务端程序
• Socket：用于服务端与客户端程序

Java Socket类

构造方法：

• Socket(String host, int port) 使用指定端口和主机，向服务器发起连接，若成功创建socket对象，否则抛出异常。
• Socket(InetAddress address, int port) 使用InetAddress对象所表示的端口和IP地址，向服务器发起连接，若成功创建socket对象，否则抛出异常。

常用方法：

public InputStream getInputStream ( )
public OutputStream getOutputStream ( )
public void close ( ) 
public InetAddress getInetAddress ( )
public int getPort ( )
public int getLocalPort ( )
public void setSoTimeout ( int timeout )

Java ServerSocket类

构造方法：

• public ServerSocket ( int port )：在指定的端口创建一个倾听套接字，默认可接收50个客户端连接。
• public ServerSocket ( int port, int backlog )支持指定数目的连接
• public ServerSocket ( int port, int backlog, InetAddress bindAddr )：bindAddr用于绑定服务器端程序所使用的IP地址。

常用方法：

• public Socket accept ( ) ：监听客户端连接请求，等待客户端的连接。accept ( ) 方法调用后，服务器程序将处于堵塞状态，直到监听到客户端连接，返回一个新创建的Socket对象。接下来利用这个返回的Socket对象与客户端进行数据收发。
• public void **setSoTimeout **( int timeout ) ：设置accept ( )方法等待连接的时间为 timeout毫秒。若时间已到，还没有客户机连接，则抛出InterruptedIOException异常，accept ( )方法不再阻塞，该 Socket可继续使用。若timeout值为0，则表示accept ( )永远等待。注：该方法必须在倾听Socket创建后，在accept ( )之前调用才有效。
• public void close ( )：关闭Socket。

服务器端编程

• SocketServer：监听 6666端口。
• ss.accept ( )：堵塞，无限期监听客户连接；每当有新的客户端连接进来后，就创建新的 Socket实例。
• Thread：并发处理。

public class Server {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
    while(true){
        Socket socket = ss.accept ( );
        Thread t = new Handler(socket);
        t.start ( );
}}}

class Handler extends Thread {
    Socket socket;
    public Handler(Socket sock) {this.socket = socket;}

    @Override
    public void run ( ) {}
}

客户端编程

• 建立连接，等待消息。
• 连接失败会直接抛出异常，可以在异常中写入 *** 作。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket sock = new Socket("localhost", 6666); 
        try (InputStream input = sock.getInputStream ( )) {
          handle(input);
        }
        sock.close ( );
    }

    private void handle(InputStream input) throws IOException {}
}

Socket输入流、输出流

• 客户和服务器通过 OutputStream和 InputStream对象进行通信
• 输出流flush ( )方法能够让数据立马得到刷新。

Java类简介：

• 网络连接：DatagramSocket
• 数据存储：DatagramPacket

服务器端：

• DatagramSocket：监听 6666端口。
• DatagramPacket：buffer存储数据；getOffset ( )、getLength ( )指定起始位置和长度。
• 服务器可以通过 DatagramPacket对象获取客户端地址。

packet.getSocketAddress ( )  //获取客户端地址

客户端：与服务器端大体一致细微不同。

• 创建 DatagramSocket实例时不需要指定端口， *** 作系统自动分配空闲端口。
• setSoTimeout(1000)：超时时间为 1秒。当客户端接发送数据包后，等待响应时长为 1秒，节省客户端资源（默认永远等待，浪费资源）。
• connect ( )：UDP协议属于无连接协议，这里并非真的连接，而是 Java内置安全检查机制的要求。其会在客户端 DatagramSocket实例中保存服务器端的 IP和端口号，确保当前实例只能往指定的地址和端口发送数据包，不能往其他地址和端口发送。
• 如果客户端希望向两个不同的服务器发送 UDP包，必须创建两个DatagramSocket实例。
• 如果客户端认为通信结束，可以调用disconnect ( )断开连接。

简介：发送邮件，需要导 pom包。

三个名词：

• MUA：Mail User Agent，用户邮件代理（主要编程此）
• MTA：Mail Transfer Agent，转发邮件代理（现成）
• MDA：Mail Delivery Agent，接受邮件代理（现成）

端口说明：

​ MUA 到 MTA发送邮件的协议是 SMTP协议（Simple Mail Transport Protocol），使用标准端口 25，也可以使用加密端口 465或 587。

SMTP协议简介：

​ 建立在TCP之上，任何程序发送邮件都必须遵守 SMTP协议。

​ Java提供 JavaMail API接口，实现了 SMTP协议。

具体实现略。

简介：

​ 从 MDA服务器上抓取邮件到本地，所使到用的协议可以是 POP3或者 IMAP。

POP3协议：

Post Office Protocol version 3，建立在TCP连接之上。

标准端口 110，加密端口 995。

IMAP协议：

Internet Mail Access Protocol，建立在TCP连接之上。

标准端口 143，加密端口 993。

POP3协议 与 IMAP协议：

• 使用方法类似。
• IMAP协议：本地所有 *** 作都会自动同步到服务器上，允许用户在邮件服务器的收件箱中创建文件夹。
• POP3协议：正好相反。

具体实现略。

URL

​ 提供方法openStream ( )，读取 URL对象所指定的资源。

URLConnection

​ 提供的信息比 URL类多，除了可以获取资源数据外，还可以提供资源长度、资源发送时间、资源最新更新时间、资源编码、资源的标题等许多信息。当与 URL建立连接时，首先要在一个URL对象上通过方法 openConnection ( )生成对应的URLConnection对象。

URL与URLConnection区分

• URL：方法openStream ( ) 只能从网络上读取的数据。
• URLConnection：可以在应用程序和URL资源之间进行交互，既可以从URL中读取数据，也可以向URL中发送数据

InetAddress

（构造方法不公开，对象通过静态方法获取）

• InetAddress[ ] getAllByName ( String host )：在给定主机名的情况下，根据系统上配置的名称服务返回其IP地址所组成的数组。
• InetAddress getByAddress ( byte[ ] addr )：在给定原始IP地址的情况下，返回 InetAddress 对象。
• InetAddress getByAddress ( String host, byte[ ] addr )：根据提供的主机名和IP地址创建InetAddress。
• InetAddress getByName ( String host )：在给定主机名的情况下确定主机的IP地址。
• InetAddress getLocalHost ( )：返回本地主机地址。