20145213《Java程序设计》第十周学习总结

20145213《Java程序设计》第十周学习总结

教材学习总结

网络编程

• 网络编程就是在两个或两个以上的设备(例如计算机)之间传输数据。程序员所作的事情就是把数据发送到指定的位置，或者接收到指定的数据，这个就是狭义的网络编程范畴。
  
  基础知识
• 为了能够方便的识别网络上的每个设备，网络中的每个设备都会有一个唯一的数字标识，这个就是IP地址。在计算机网络中,现在命名IP地址的规定是IPv4协议，该协议规定每个IP地址由4个0-255之间的数字组成，例如10.0.120.34。每个接入网络的计算机都拥有唯一的IP地址，这个IP地址可能是固定的，也可以是动态的。
• 由于IP地址不容易记忆，所以为了方便记忆，有创造了另外一个概念——域名(Domain Name)，例如sohu.com等。一个IP地址可以对应多个域名，一个域名只能对应一个IP地址。
• IP地址和域名很好的解决了在网络中找到一个计算机的问题，但是为了让一个计算机可以同时运行多个网络程序，就引入了另外一个概念——端口(port)。在同一个计算机中每个程序对应唯一的端口，这样一个计算机上就可以通过端口区分发送给每个端口的数据了。在硬件上规定，端口的号码必须位于0-65535之间，每个端口唯一的对应一个网络程序，一个网络程序可以使用多个端口。这样一个网络程序运行在一台计算上时，不管是客户端还是服务器，都是至少占用一个端口进行网络通讯。在接收数据时，首先发送给对应的计算机，然后计算机根据端口把数据转发给对应的程序。
  
  请求响应模型
• 在网络通讯中，第一次主动发起通讯的程序被称作客户端(Client)程序，简称客户端，而在第一次通讯中等待连接的程序被称作服务器端(Server)程序，简称服务器。一旦通讯建立，则客户端和服务器端完全一样，没有本质的区别。
• 在开发时需要分别开发客户端和服务器端，这种结构的优势在于由于客户端是专门开发的，所以根据需要实现各种效果，专业点说就是表现力丰富，而服 务器端也需要专门进行开发。但是这种结构也存在着很多不足，例如通用性差，几乎不能通用等，也就是说一种程序的客户端只能和对应的服务器端通讯，而不能和 其它服务器端通讯。
  
  协议
  
  按照前面的介绍，网络编程就是运行在不同计算机中两个程序之间的数据交换。在实际进行数据交换时，为了让接收端理解该数据，计算机比较笨，什么都不懂的，那么就需要规定该数据的格式，这个数据的格式就是协议。只要按照这种协议格式能够生成唯一的编码，按照该编码可以唯一的解析出发送数据的内容即可。也正因为各个网络程序之间协议格式的不同，所以才导致了客户端程序都是专用的结构。
  
  这就是一种双方达成的一种协议约定，其实这种约定的实质和网络协议的实质是一样的。网络协议的实质也是客户端程序和服务器端程序对于数据的一种约定，只是由于以计算机为基础，所以更多的是使用数字来代表内容，这样就显得比较抽象一些。
  
  网络通讯方式
• 在现有的网络中，网络通讯的方式主要有两种：
  
  1、 TCP(传输控制协议)方式
  
  2、 UDP(用户数据报协议)方式
  
  在网络通讯中，TCP方式就类似于拨打电话，使用该种方式进行网络通讯时，需要建立专门的虚拟连接，然后进行可靠的数据传输，如果数据发送失败，则客户端会自动重发该数据。而UDP方式就类似于发送短信，使用这种方式进行网络通讯时，不需要建立专门的虚拟连接，传输也不是很可靠，如果发送失败则客户端无法获得。
  
  客户端网络编程步骤
• 客户端的编程主要由三个步骤实现：
  
  1、 建立网络连接
  
  客户端网络编程的第一步都是建立网络连接。在建立网络连接时需要指定连接到的服务器的IP地址和端口号，建立完成以后，会形成一条虚拟的连接，后续的操作就可以通过该连接实现数据交换了。
  
  2、 交换数据
  
  连接建立以后，就可以通过这个连接交换数据了。交换数据严格按照请求响应模型进行，由客户端发送一个请求数据到服务器，服务器反馈一个响应数据给客户端，如果客户端不发送请求则服务器端就不响应。
  
  根据逻辑需要，可以多次交换数据，但是还是必须遵循请求响应模型。
  
  3、 关闭网络连接
  
  在数据交换完成以后，关闭网络连接，释放程序占用的端口、内存等系统资源，结束网络编程。
  
  服务器端网络编程步骤
• 服务器端的编程步骤和客户端不同，是由四个步骤实现，依次是：
  
  1、 监听端口
  
  服务器端属于被动等待连接，所以服务器端启动以后，不需要发起连接，而只需要监听本地计算机的某个固定端口即可。
  
  这个端口就是服务器端开放给客户端的端口，服务器端程序运行的本地计算机的IP地址就是服务器端程序的IP地址。
  
  2、 获得连接
  
  当客户端连接到服务器端时，服务器端就可以获得一个连接，这个连接包含客户端的信息，例如客户端IP地址等等，服务器端和客户端也通过该连接进行数据交换。
  
  一般在服务器端编程中，当获得连接时，需要开启专门的线程处理该连接，每个连接都由独立的线程实现。
  
  3、 交换数据
  
  服务器端通过获得的连接进行数据交换。服务器端的数据交换步骤是首先接收客户端发送过来的数据，然后进行逻辑处理，再把处理以后的结果数据发送给客户端。简单来说，就是先接收再发送，这个和客户端的数据交换数序不同。
  
  其实，服务器端获得的连接和客户端连接是一样的，只是数据交换的步骤不同。
  
  当然，服务器端的数据交换也是可以多次进行的。
  
  在数据交换完成以后，关闭和客户端的连接。
  
  4、 关闭连接
  
  当服务器程序关闭时，需要关闭服务器端，通过关闭服务器端使得服务器监听的端口以及占用的内存可以释放出来，实现了连接的关闭。
  
  Java网络编程技术
  
  首先来介绍一个基础的网络类——InetAddress类。该类的功能是代表一个IP地址，并且将IP地址和域名相关的操作方法包含在该类的内部。
  
  关于该类的使用，下面通过一个基础的代码示例演示该类的使用，代码如下

import java.net.*;
public class InetAddressDemo {
         public static void main(String[] args) {
                   try{
                            //使用域名创建对象
                            InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("www.163.com");
                            System.out.println(inet1);
                            //使用IP创建对象
                            InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
                            System.out.println(inet2);
                            //获得本机地址对象
                            InetAddress inet3 = InetAddress.getLocalHost();
                            System.out.println(inet3);
                            //获得对象中存储的域名
                            String host = inet3.getHostName();
                            System.out.println("域名：" + host);
                            //获得对象中存储的IP
                            String ip = inet3.getHostAddress();
                            System.out.println("IP:" + ip);
                   }catch(Exception e){}
         }
}

在该示例代码中，演示了InetAddress类的基本使用，并使用了该类中的几个常用方法，该代码的执行结果是：



TCP编程

• TCP方式的网络通讯是指在通讯的过程中保持连接，有点类似于打电话，只需要拨打一次号码(建立一次网络连接)，就可以多次通话(多次传输数据)。这样方式在实际的网络编程中，由于传输可靠，类似于打电话，如果甲给乙打电话，乙说没有听清楚让甲重复一遍，直到乙听清楚为止，实际的网络传输也是这样，如果发送的一方发送的数据接收方觉得有问题，则网络底层会自动要求发送方重发，直到接收方收到为止。
• 在使用TCP方式进行网络编程时，需要按照前面介绍的网络编程的步骤进行，下面分别介绍一下在Java语言中客户端和服务器端的实现步骤。
  
  在客户端网络编程中，首先需要建立连接，在Java API中以java.net.Socket类的对象代表网络连接，所以建立客户端网络连接，也就是创建Socket类型的对象，该对象代表网络连接，示例如下：

Socket socket1 = new Socket(“192.168.1.103”,10000);
Socket socket2 = new Socket(“www.sohu.com”,80);

下面是一个简单的网络客户端程序示例，该程序的作用是向服务器端发送一个字符串“Hello”，并将服务器端的反馈显示到控制台，数据交换只进行一次，当数据交换进行完成以后关闭网络连接，程序结束。实现的代码如下：

import java.io.*;
import java.net.*;
public class SimpleSocketClient {
         public static void main(String[] args) {
                   Socket socket = null;
                   InputStream is = null;
                   OutputStream os = null;
                   //服务器端IP地址
                   String serverIP = "127.0.0.1";
                   //服务器端端口号
                   int port = 10000;
                   //发送内容
                   String data = "Hello";
                   try {
                            //建立连接
                            socket = new Socket(serverIP,port);
                            //发送数据
                            os = socket.getOutputStream();
                            os.write(data.getBytes());
                            //接收数据
                            is = socket.getInputStream();
                            byte[] b = new byte[1024];
                            int n = is.read(b);
                            //输出反馈数据
                            System.out.println("服务器反馈：" + new String(b,0,n));
                   } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace(); //打印异常信息
                   }finally{
                            try {
                                     //关闭流和连接
                                     is.close();
                                     os.close();
                                     socket.close();
                            } catch (Exception e2) {}
                   }
         }
}

UDP

• 网络通讯的方式除了TCP方式以外，还有一种实现的方式就是UDP方式。UDP(User Datagram Protocol)，中文意思是用户数据报协议，方式类似于发短信息，是一种物美价廉的通讯方式，使用该种方式无需建立专用的虚拟连接，由于无需建立专用的连接，所以对于服务器的压力要比TCP小很多，所以也是一种常见的网络编程方式。但是使用该种方式最大的不足是传输不可靠，当然也不是说经常丢失，就像大家发短信息一样，理论上存在收不到的可能，这种可能性可能是1%，反正比较小，但是由于这种可能的存在，所以平时我们都觉得重要的事情还是打个电话吧(类似TCP方式)，一般的事情才发短信息(类似UDP方式)。网络编程中也是这样，必须要求可靠传输的信息一般使用TCP方式实现，一般的数据才使用UDP方式实现。
  
  下面介绍一下UDP方式的网络编程中，客户端和服务器端的实现步骤，以及通过基础的示例演示UDP方式的网络编程在Java语言中的实现方式。
  
  UDP方式的网络编程，编程的步骤和TCP方式类似，只是使用的类和方法存在比较大的区别，下面首先介绍一下UDP方式的网络编程客户端实现过程。
  
  UDP客户端编程涉及的步骤也是4个部分：建立连接、发送数据、接收数据和关闭连接。
  
  首先介绍UDP方式的网络编程中建立连接的实现。其中UDP方式的建立连接和TCP方式不同，只需要建立一个连接对象即可，不需要指定服务器的IP和端口号码。实现的代码为：
  
  DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
  
  这样就建立了一个客户端连接，该客户端连接使用系统随机分配的一个本地计算机的未用端口号。在该连接中，不指定服务器端的IP和端口，所以UDP方式的网络连接更像一个发射器，而不是一个具体的连接。
  
  当然，可以通过制定连接使用的端口号来创建客户端连接。
  
  DatagramSocket ds = new DatagramSocket(5000);
  
  这样就是使用本地计算机的5000号端口建立了一个连接。一般在建立客户端连接时没有必要指定端口号码。
  
  接着，介绍一下UDP客户端编程中发送数据的实现。在UDP方式的网络编程中，IO技术不是必须的，在发送数据时，需要将需要发送的数据内容首先转换为byte数组，然后将数据内容、服务器IP和服务器端口号一起构造成一个DatagramPacket类型的对象，这样数据的准备就完成了，发送时调用网络连接对象中的send方法发送该对象即可。例如将字符串“Hello”发送到IP是127.0.0.1，端口号是10001的服务器，则实现发送数据的代码如下：

String s = “Hello”;
String host = “127.0.0.1”;
int port = 10001;
//将发送的内容转换为byte数组
byte[] b = s.getBytes();
//将服务器IP转换为InetAddress对象
InetAddress server = InetAddress.getByName(host);
//构造发送的数据包对象
DatagramPacket sendDp = new DatagramPacket(b,b.length,server,port);
//发送数据
ds.send(sendDp);

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代码托管截图

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学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	20/20	1/1	10/10
第二周	200/220	1/2	15/25
第三周	200/420	1/3	15/40
第四周	200/620	1/4	15/55
第五周	100/720	1/5	10/65
第六周	200/920	2/6	15/80
第七周	180/1100	1/8	15/95
第八周	100/1200	1/9	15/110
第九周	400/1600	1/10	15/125
第十周	150/1750	2/12	10/135

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参考资料

Java的网络编程