JavaSE-网络通信

一、概述

基本的通信架构有2种形式:

• CS架构( Client客户端/Server服务端)
• BS架构(Browser浏览器/Server服务端) IPV4共32bit，4字节，形如192.168.000.001
  IPV6共128bit，16字节，形如2001:0db8:0000:0023:0008:0800:200c:417a
  IPV4形为4位十进制数，每个数字基于8bit，范围0~255
  IPV6形为8位十六进制数，每个数基于16bit，范围0000~FFFF(0 ~ 65535)
  使用Java自带的java.net.InetAddress 可以互动IP 前两个为构造器，后三个为方法

二、端口和协议

UDP

不事先建立连接，发送方直接发送，不管对面状态，是不可靠连接。但是通信效率高，适合诸如视频直播、语音通话等。单个数据包最大限制为64KB。

TCP

事先通过三次握手建立连接，可靠连接，四次挥手断开连接，在不可靠信道做到可靠连接

三次握手是要Client和Server知道对方可以’收’和’发’
第一次握手：S知道C可以发
第二次握手：C知道S可以收发
第三次握手：S知道C可以收发
之后传输数据时，C也不断向S发送确认消息，S需要回复确认，如果没有，那么C会采取重发等措施。

三、UDP编程

S和C都需要先创建数据包类，用来接收信息。
S代码如下

language-cpp

public class Server {
   
    public static void main(String[] args) throws Exception {
   
        //1. create server socket
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8889);
        //2. create packet
        byte[] bytes = new byte[1024 * 64];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        while (true) {
   
            //3.receive
            socket.receive(packet);

            System.out.println("服务端收到了长度为 "+packet.getLength()+" bytes的数据");
            System.out.println("数据为: "+new String(bytes,0, packet.getLength()));
            System.out.println("消息来自:\nIP->"+packet.getAddress().getHostAddress());
            System.out.println("Name->"+packet.getAddress().getHostName());
            System.out.println("Port->"+packet.getPort());
            System.out.println("-----------------------------");
        }

//        socket.close();
    }
}

S会在socket.receive一直等待C的消息，同时通过packet也可以查看发送方的一些信息。
C代码如下

language-cpp

public class Client {
   
    public static void main(String[] args) throws Exception {
   
        //1. create client
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true){
   
            System.out.println("请说：");
            String s = sc.nextLine();
            if ("exit".equals(s)){
   
                System.out.println("欢迎下次使用~");
                break;
            }
            //2. create data package
            byte[] bytes = s.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getLocalHost(),8889);
            //3.send
            socket.send(packet);
            System.out.println("客户端发送了长度为 "+bytes.length+" bytes的数据");
            System.out.println("数据为: "+new String(bytes));
            System.out.println("----------------------");
        }
        socket.close();
    }
}

你可能会好奇为什么S可以在循环外创建packet重复使用而C每次循环都要创建新的？
因为C每次发送的信息长度是未知的，而packet创建需要给出length所以C每次发送都需要重新创建，同时S对C发送的消息长度也是未知的，但是由于UDP对数据包有64KB上限制约，所以我们可以直接创建个64KB大的packet来接收，然后截断字节就可以。

四、TCP编程

TCP中C由Socket类创建，而S由ServerSocket类创建，然后通过accept方法再次获得Socket类。

S代码如下

language-cpp

    public static void main(String[] args) throws Exception {
   
        //1.create serversocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8889);
        //2.wait client link request
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //3.get input is for receive message
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.package low is to high is
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
        while (true) {
   
            try {
   
                //5.receive message
                System.out.println("消息来自: "+socket.getRemoteSocketAddress());
                String rs = dis.readUTF();
                System.out.println("消息为:"+rs);
            } catch (IOException e) {
   
                System.out.println("客户端离线了");
                break;
            }
        }
        //close
        dis.close();
        socket.close();
    }
}

S会在accept等待C
C代码如下

language-cpp

public class Client {
   
    public static void main(String[] args) throws Exception {
   
        //1.create socket and send link request to server
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress(), 8889);
        //2.get socket output for write message to server
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.package low os to high os
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
   
            System.out.println("请说");
            String s = sc.nextLine();
            if (s.equals("exit")){
   
                break;
            }
            //4.write message
            dos.writeUTF(s);
            dos.flush();//立刻发送
            System.out.println("已发送~");
        }

        //close
        dos.close();
        socket.close();
    }
}

通过高级流包装原始流，方便编程，这里用的是数据流，将字符串以UTF-8的编码形式传输。

五、QA

TCP怎么实现多个C对一个S？

一个S应对多个C的TCP通信，S需要线程池，每个通信都抛给子线程处理即可。在ServerSocket.accept到一个C的适合，就把这个socket抛到子线程。

TCP怎么实现群聊？

C除了需要发送信息，还需要接收信息，并且两个行为需要持续开启，所以C需要多线程，一个从用户键盘读取信息发送，一个从S接收其他C发送的信息。
S除了线程池外，还需要一个子线程都能访问共享数组，来保存所有socket，子线程收到对应的C的消息，就抄一份发给所有socket。