【网络编程】从零开始彻底了解网络编程(二)

本篇博客给大家带来的是网络编程的知识点,.
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1. 网络编程的目的和概念

Ⅰ 为什么需要学习网络编程?

网络资源是非常丰富的, 用户在浏览器中，打开在线视频网站，如优酷看视频，实质是通过网络，获取到网络上的一个视频资源。与本地打开视频文件类似，只是视频文件这个资源的来源是网络。
相比本地资源来说，网络提供了更为丰富的网络资源：

所谓的网络资源，其实就是在网络中可以获取的各种数据资源。
而所有的网络资源，都是通过网络编程来进行数据传输的。

Ⅱ 什么是网络编程?
网络编程指网络上的主机通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信（或称为网络数据传输).

当然，我们只要满足进程不同就行；所以即便是同一个主机，只要是不同进程，基于网络来传输数据，也属于网络编程.
特殊地，对于开发来说，在条件有限的情况下，一般也都是在一个主机中运行多个进程来完成网络编程.但是，我们一定要明确，我们的目的是提供网络上不同主机，基于网络来传输数据资源：
进程A：编程来获取网络资源.
进程B：编程来提供网络资源.

2. 网络编程中的基本概念

Ⅰ 发送端和接受端
在一次网络数据传输时：
发送端：数据的发送方进程，称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机。
接收端：数据的接收方进程，称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机。
收发端：发送端和接收端两端，也简称为收发端。
注意：发送端和接收端只是相对的，只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念。

Ⅱ 请求和响应
一般来说，获取一个网络资源，涉及到两次网络数据传输：
①：请求数据的发送
②：响应数据的发送。
好比在快餐店点一份炒饭：
先要发起请求：点一份炒饭，再有快餐店提供的对应响应：提供一份炒饭.

Ⅲ 客户端和服务端
服务端：在常见的网络数据传输场景下，把提供服务的一方进程，称为服务端，可以提供对外服务。
客户端：获取服务的一方进程，称为客户端。
对于服务端来说，一般是提供：
① 客户端获取服务资源.
② 客户端保存资源在服务端.

Ⅳ 常见的客户端服务端模型

最常见的场景，客户端是指给用户使用的程序，服务端是提供用户服务的程序：
① 客户端先发送请求到服务端.
② 服务端根据请求数据，执行相应的业务处理.
③ 服务端返回响应：发送业务处理结果.
④ 客户端根据响应数据，展示处理结果.（展示获取的资源，或提示保存资源的处理结果）

3. Socket套接字

Ⅰ 概念

Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。
基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。

Ⅱ 分类

Socket套接字主要针对传输层协议划分为如下三类：

①流套接字

使用传输层TCP协议TCP，即Transmission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议。
以下为TCP的特点（细节后续再说）：
有连接
可靠传输
面向字节流
有接收缓冲区，也有发送缓冲区
大小不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于IO流，流式数据的特征就是在IO流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。

② 数据报套接字
使用传输层UDP协议UDP，即User Datagram Protocol（用户数据报协议），传输层协议。
以下为UDP的特点（细节后续再学习）：
无连接
不可靠传输
面向数据报
有接收缓冲区，无发送缓冲区
大小受限：一次最多传输64k

对于数据报来说，可以简单的理解为，传输数据是一块一块的，发送一块数据假如100个字节，必须一次发送，接收也必须一次接收100个字节，而不能分100次，每次接收1个字节。

4. 两种Java通信模型

4.1 Java数据报套接字通信模型

对于UDP协议来说，具有无连接，面向数据报的特征，即每次都是没有建立连接，并且一次发送全部数据报，一次接收全部的数据报。
java中使用UDP协议通信，主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字，并使用DatagramPacket 作为发送或接收的UDP数据报。对于一次发送及接收UDP数据报的流程如下：

以上只是一次发送端的UDP数据报发送，及接收端的数据报接收，并没有返回的数据。也就是只有请求，没有响应。对于⼀个服务端来说，重要的是提供多个客户端的请求处理及响应，流程如下：

4.2 Java流套接字通信模型

Socket编程注意事项
① 客户端和服务端：开发时，经常是基于一个主机开启两个进程作为客户端和服务端，但真实的场景，一般都是不同主机.
② 注意的IP和目的端口号，标识了一次数据传输时要发送数据的终点主机和进程.
③ Socket编程我们是使用流套接字和数据报套接字，基于传输层的TCP或UDP协议，但应用层协议，也需要考虑，这块我们在后续来说明如何设计应用层协议。
④ 关于端口被占用的问题
如果一个进程A已经绑定了一个端口，再启动一个进程B绑定该端口，就会报错，这种情况也叫端口被占用。对于java进程来说，端口被占用的常见报错信息如下：

此时需要检查进程B绑定的是哪个端口，再查看该端口被哪个进程占用。以下为通过端口号查进程的方式：
① 在cmd输入 netstat -ano | findstr 端口号 ，则可以显示对应进程的pid。如以下命令显示了8888进程的pid.
② 在任务管理器中，通过pid查找进程

解决端口被占用的问题：
① 如果占用端口的进程A不需要运行，就可以关闭A后，再启动需要绑定该端口的进程B.
② 如果需要运行A进程，则可以修改进程B的绑定端口，换为其他没有使用的端口.

5. UDP数据报套接字编程

1. DatagramSocket
DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket 构造方法：

DatagramSocket 方法：

2. DatagramPacket
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
DatagramPacket 构造方法：

DatagramPacket 方法：

3. InetSocketAddress

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.
InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类 ）构造方法：

4. 写一个简单的 UDP 的客户端/服务器通信的程序,这个程序没有啥业务逻辑,只是单纯的调用 socket api.让客户端给服务器发送一个请求,请求就是一个从控制台输入的字符串,服务器收到字符串之后,也就会把这个字符串原封不动的返回给客户端, 客户端再显示出来.

服务器代码示例:

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;public class test1Sever {private static DatagramSocket socket = null;public test1Sever(int port) throws SocketException {//服务器的端口号由程序猿指定则相对可控,不容易出问题,所以不必交给系统.socket = new DatagramSocket(port);//服务器需要指定端口号,而客户端不用.}public static void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");while(true) {//1. 接受客户端传过来的请求DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);//客户端传过来的数据以二进制的形式存在requestPacket中String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());//2. 根据请求计算响应//由于此处我们只是实现一个简单的回显服务器,所以请求是什么,响应就是什么.String respond = process(request);//3. 将响应构造为packet,发回给客户端.DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(respond.getBytes(),respond.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(respondPacket);//打印一个日志System.out.printf("[%s,%d] req = %s resp = %s\n",requestPacket.getSocketAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,respond);}}public static String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {test1Sever sever = new test1Sever(9090);sever.start();}
}

客户端代码示例:

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;public class test1Client {private  DatagramSocket socket = null;private  String serverIp = "";private  int serverPort = 0;public test1Client(String ip, int port) throws SocketException {//客户端的端口号如果是由客户手动指定则容易起冲突,所以要交给系统分配.socket = new DatagramSocket();//客户端的端口号由系统自行分配.//记录对端的ip和端口号.serverIp = ip;serverPort = port;}public void start() throws IOException {System.out.println("客户端启动!");Scanner sc = new Scanner(System.in);while(true) {//1. 给服务器发送请求.System.out.println("-> ");String request = sc.next();DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);socket.send(requestPacket);//2. 读取服务器发过来的响应DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responsePacket);//3. 把响应转成字符串显示出来String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {test1Client client = new test1Client("127.0.0.1",9090);client.start();}
}

执行过程:
1.服务器先启动. 服务器启动之后,就会进入循环,执行到 receive 这里并阻塞 (此时还没有客户端过来)
2.客户端开始启动,也会先进入 while 循环,执行 sc.next.并且也在这里阻塞当用户在控制台输入字符串之后,next 就会返回,从而构造请求数据并发送出来.
3.客户端发送出数据之后,
服务器会从 receive 中返回,进一步的执行解析请求为字符串,执行 process 操作,执行 send 操作
客户端则继续往下执行,执行到 receive,等待服务器的响应
4.客户端收到从服务器返回的数据之后, 就会从 receive 中返回执行这里的打印操作,也就把响应给显示出来了.
5.服务器这边完成一次循环之后,又执行到 receive 这里.客户端这边完成一次循环之后,又执行到 sc.next 这里双双进入阻塞

这俩程序,都是在同一个主机上.并没有真正的"跨主机通信"效果,想要让其他人访问我的服务器,就得将程序放到云服务器上. 因为云服务器上有公网IP.

如果此时我想实现一个英译汉的服务器,只需要重写process
代码示例:

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class test1DictServer extends test1Sever{private Map<String,String> dict = new HashMap<>();public test1DictServer(int port) throws SocketException {super(port);dict.put("dog","小狗");dict.put("elephant","大象");dict.put("cat","小猫");}@Overridepublic String process(String request) {return dict.getOrDefault(request,"没有查询到这个词");}public static void main(String[] args) throws IOException {test1DictServer server = new test1DictServer(9090);server.start();}
}

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