Java知識點——網絡編程（如何網絡編程和多線程實現tcp基礎多文件交換功能）

1. 網絡編程概述

1.1 C/S和B/S

C/S
客戶端服務器軟件結構

服務提供商給予用戶服務需要準備的內容
	1. 各大平臺的客戶端
		Android iOS PC Windows Linux macOS
		QQ 微信 淘寶 JD 劍與遠征
	2. 服務器提供服務
軟件更新:
	LOL服務器版本更新，同時本地軟件也要進行更新操作。這個操作非常耗時。
	熱更新

B/S
瀏覽器服務器軟件結構

服務提供商只要提供數據服務就OK，以及前端數據展示方式
	1. 瀏覽器提供商非常非常多
		谷歌，火狐，歐朋，Safari，Edge
	2. 服務器提供服務
軟件更新:
	服務器更新數據，瀏覽器刷新就ok了

1.2 網絡通信協議

協議：
protocol協議

網絡通信協議是要求雙方傳遞數據的計算機必須遵守的，按照對應的網絡傳輸協議，纔可以進入數據的交互和傳遞。

目前網絡段數據傳輸比較常見的協議:
UDP TCP/IP

1.3 UDP和TCP/IP區別

UDP
1. 面向無連接，數據傳遞不算特別安全
2. 因爲面向無連接，傳輸速度快
3. 因爲面向無連接，數據傳遞存在丟包問題
4. UDP沒有客戶端和服務器區別，都可以作爲發送端和接收端，相互的

UDP協議使用場景
直播，網絡遊戲
實時的大部分都是UDP

TCP/IP
1. 面向連接，數據傳遞較爲安全
2. 因爲面向連接，所有傳遞速度較慢
3. 面向連接，數據傳遞有保障
4. TCP/IP協議是有明確的服務器和客戶端概念

TCP/IP協議使用場景
客戶端登陸，數據下載，文件傳輸

一個軟件肯定是混合協議的，不是單獨的。

1.4 網絡編程的三要素

1. 協議
兩個在於網絡情況下的計算機數據傳遞，都需要對應的協議來完成。

2. IP地址
Internet Protocol Address
當前計算機在網絡中的一個地址編號，類似於手機號號碼
IP地址有IPv4協議和IPv6協議
IPv4是一個32位的二進制數，通常展示效果是a.b.c.d 例如 192.168.1.1
a.b.c.d 各代表0 ~ 255的數字，目前已經消耗殆盡 42億個
IPv6
IPv6是能夠保證地球上的每一粒沙子都有一個IP地址。
128位地址長度，16字節一組
8組 0x0 ~ 0xFFFF

3. 端口號
端口號是當前應用程序在計算機中的一個編號。可以讓計算機明確知道，當前的數據是給予哪一個程序使用，或者數據從哪一個程序出現的。
端口號是一個short類型 0 ~ 65535
0~1024不能用於自定義端口號使用，特定的系統端口號

2.IP類

SUN公司提供給開發使用的IP地址類
InetAddress

常用方法:
InetAddress getLocalhost();
獲取本機IP地址類對象
InetAddress getByName(String str);
根據指定的主機名獲取對應的IP地址對象
InetAddress[] getAllByName(String str);
獲取指定主機名，或者域名對應的所有IP地址類對象

代碼演示：

package com.qfedu.a_ip;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * IP類演示
 */
public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
		InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
		System.out.println(localHost);
		
		InetAddress byName = InetAddress.getByName("DESKTOP-M89SDP7");
		System.out.println(byName);
		
		InetAddress byName2 = InetAddress.getByName("www.4399.com");
		System.out.println(byName2);
		
		System.out.println("----------------------------------");
		
		InetAddress[] allByName = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
		for (InetAddress inetAddress : allByName) {
			System.out.println(inetAddress);
		}
		
		System.out.println("----------------------------------");
		InetAddress[] allByName1 = InetAddress.getAllByName("www.taobao.com");
		for (InetAddress inetAddress : allByName1) {
			System.out.println(inetAddress);
		}
		
		System.out.println("----------------------------------");
		InetAddress[] allByName2 = InetAddress.getAllByName("www.jd.com");
		for (InetAddress inetAddress : allByName2) {
			System.out.println(inetAddress);
		}
		
	}
}

3.UDP協議數據傳輸

3.1 UDP數據傳輸方式

User Datagram Protocol
數據傳遞採用數據包方式傳遞，所有的數據要進行打包操作，並且沒有對應的客戶端服務器概念，有且只有發送端和接收端

Socket 套接字
數據需要進行傳遞操作，在數據傳遞的兩臺計算機當中必須有對應的Socket。這裏採用UDP協議，那麼必須有一個UDP協議的Socket

DatagramSocket();
	創建一個發送端UDP協議Socket對象
DatagramSocket(int port);
	創建一個接收端UDP協議的Socket對象，這裏需要【監聽】指定端口

發送端數據包的打包方法：
DatagramPacket DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port);
buf: 需要傳遞數據的字節數組
length：是當前字節數組中數據容量字節數
address：接收端IP地址對象
port: 接收端對應的端口號

接收端數據包接收方式
這裏需要準備一個空的數據包
DatagramPacket DatagramPacket(byte[] buf, int length);
buf: 字節緩衝數組，通常是1024整數倍
length: 當前字節緩衝數組的容量

3.2 發送端

流程:
1. 創建UDP服務器對應的發送端Socket
2. 準備對應數據包，需要帶有指定數據
3. 發送數據 send
4. 關閉UDP發送端

代碼如下：

package udp;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;


/*
 流程:
	1. 創建UDP服務器對應的發送端Socket
	2. 準備對應數據包，需要帶有指定數據
		DatagramPacket DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port);
		buf: 需要傳遞數據的字節數組
		length：是當前字節數組中數據容量字節數
		address：接收端IP地址對象
		port: 接收端對應的端口號
	3. 發送數據 send
	4. 關閉UDP發送端
 */

public class SenderDemo1 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		//標記一下
		System.out.println("發送端啓動");
		//1. 創建UDP服務器對應的發送端Socket
		DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
		
		//準備對應數據包，需要帶有指定數據
		byte[] bytes= "發送端：我來朵蜜你了！！！".getBytes();
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getLocalHost(), 8848);
		
		datagramSocket.send(packet);
		
		datagramSocket.close();
	}
	
	
}

3.3 接收端

流程：
1. 打開UDP服務，並且監聽指定端口
2. 創建新的空數據包
3. 通過Socket接收數據
4. 關閉UDP服務接收端

package udp;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;


/*
 流程：
	1. 打開UDP服務，並且監聽指定端口
	2. 創建新的空數據包
	3. 通過Socket接收數據 
	4. 關閉UDP服務接收端
 */

public class ReciveDemo1 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		//標記
		System.out.println("接收端打開");
		//1. 打開UDP服務，並且監聽指定端口
		DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(8848);
		//2. 創建新的空數據包
		byte[] bytes = new byte[1024];
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
		//3. 通過Socket接收數據
		datagramSocket.receive(packet);
		
		//4.確定接收到的字節長度
		int length = packet.getLength();
				
		System.out.println(new String(bytes, 0, length));
		
		//5. 關閉UDP服務接收端
		datagramSocket.close();
	}
}

3.4 UDP數據傳遞丟失問題

這是udp的缺點之一，因爲面向無連接，所以可能會丟數據，類似於玩電腦遊戲丟包，瞬移，卡頓。

網絡不夠好，穩定性不行，帶寬不夠
電腦性能不好

3.5 FeiQ

網絡傳輸都有自己的傳輸規格，如果軟件接受到的數據是自己的規格，那麼可以讀取數據
如果不是，丟棄！！！
FeiQ
version:time:sender:ip:flag:content
版本:時間:發送者名字:發送人IP:標記:內容
數據是一個String類型

而且使用的協議是UDP協議

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class FeiQ {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
		
		String data = getData("Welcome to Java World!!!");
		DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(data.getBytes(), data.getBytes().length
				, InetAddress.getByName("192.168.31.255"), 2425);
		
		socket.send(datagramPacket);
		
		socket.close();
		
	}
	
	/**
	 * 傳入數據，轉換成FeiQ可以識別的數據
	 * version:time:sender:ip:flag:content
	 * 
	 * @param message 字符串類型內容
	 * @return 符合FeiQ格式要求的字符串
	 */
	public static String getData(String message) {
		StringBuilder stb = new StringBuilder();
		
		stb.append("1.0:");
		stb.append(System.currentTimeMillis() + ":");
		stb.append("Anonymous:");
		stb.append("10.1.1.1:");
		stb.append("32:");
		stb.append(message);
		
		return stb.toString();
	} 
}

4. TCP

4.1 TCP概述

TCP相對於UDP比較穩定的傳輸協議，這裏存在三次握手，保證連接狀態，同時有明確的客戶端和服務端之分

TCP服務中需要服務器端先啓動，需要監聽指定端口，等待客戶端連接。

客戶端主動連接服務器，和服務器連接之後，纔可以進行數據交互，服務器不能主動連接客戶端的。

TCP操作而言，Java中提供了兩個Socket

服務端Socket
java.net.ServerSocket;
創建對應的ServerScoket開啓服務器，等待客戶端連接
客戶端Socket(這個比較重要)
java.net.Socket
創建客戶端Scoket，並且連接服務器，同時將Socket發送給服務器綁定註冊。

4.2 Socket 客戶端Socket

給客戶端提供數據傳輸的符合TCP/IP要求的Socket對象

構造方法 Constructor
Socket(String host, int port);
host是服務器IP地址，port對應服務器程序的端口號
通過指定的服務器IP地址和端口號，獲取TCP連接對象

成員方法 Method
InputStream getInputStream();
獲取Socket對象輸入字節流，可以從服務器獲取對應的數據
InputStream是一個資源，需要在程序退出是關閉
Read

OutputStream getOutputStream();
獲取Sokcet對象輸出字節流，可以發送數據到服務器
OutputStream是一個資源，需要在程序退出是關閉
Write

void close();
關閉客戶端Socket

void shutdownOutput();
禁止當前Socket發送數據

TCP/IP協議對應的Socket是給予IO流實現的。

4.3 ServerSocket服務端Socket

在服務端開啓Socket服務器

構造方法 Constructor：
ServerSocket(int port);
開啓ServerSocket服務器，並且明確當前服務端口是誰

成員方法 Method：
Socket accept();
監聽並且連接，得到一個Socket對象，同時該方法是一個阻塞方法，會處於一個始終的監聽狀態
返回的是Socket，也就是客戶端Socket對象，獲取到當前Socket對象，相對於獲取到客戶端連接，同時使用的Socket和客戶端一致。

4.6 TCP協議代碼演示

4.6.1 服務器代碼

流程：
1. 創建ServerSocket服務器，同時監聽指定端口
2. 通過accept方法獲取Socket連接，得到客戶端Socket對象
3. 通過Socket對象，獲取InputStream，讀取客戶端發送數據
4. 通過Socket對象，獲取OutputStream，發送數據給客戶端
5. 關閉服務

代碼如下：

package com.qfedu.c_tcp;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/*
流程：
	1. 創建ServerSocket服務器，同時監聽指定端口
	2. 通過accept方法獲取Socket連接，得到客戶端Socket對象
	3. 通過Socket對象，獲取InputStream，讀取客戶端發送數據
	4. 通過Socket對象，獲取OutputStream，發送數據給客戶端
	5. 關閉服務 
 */
public class TcpServer1 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		System.out.println("服務器啓動");
		System.out.println("-----------------------");
		// 1. 創建ServerSocket服務器，同時監聽指定端口
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8848);
	
		// 2. 通過accept方法獲取Socket連接，得到客戶端Socket對象
		Socket socket = serverSocket.accept();
		
		// 3. 通過Socket對象，獲取InputStream，讀取客戶端發送數據
		InputStream inputStream = socket.getInputStream();
		
		// IO流操作
		byte[] buf = new byte[1024];
		int length = inputStream.read(buf);
		System.out.println(new String(buf, 0, length));
        
		// 4. 通過Socket對象，獲取OutputStream，發送數據給客戶端
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		String str = "歡迎來到德萊聯盟";
		
		outputStream.write(str.getBytes());
		
		// 5. 關閉Socket服務 同時關閉當前Socket使用的輸入字節流和輸出字節流	
		// Closing this socket will also close the socket's InputStream and OutputStream. 
		socket.close();	
	}
}

4.6.2 客戶端代碼

流程:
1. 創建Socket服務，同時明確連接服務器的IP地址和對應端口號
2. 通過Socket對象，獲取對應的OutputStream對象，發送數據給服務器
3. 通過Socket對象，獲取對應的InputStream對象，接收服務器發送數據
4. 關閉服務

代碼如下：

package com.qfedu.c_tcp;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

/*
流程:
	1. 創建Socket服務，同時明確連接服務器的IP地址和對應端口號
	2. 通過Socket對象，獲取對應的OutputStream對象，發送數據給服務器
	3. 通過Socket對象，獲取對應的InputStream對象，接收服務器發送數據
	4. 關閉服務
 */
public class TcpClient1 {
	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		System.out.println("客戶端啓動");
		System.out.println("------------------------");
		// 1. 創建Socket服務，同時明確連接服務器的IP地址和對應端口號
		Socket socket = new Socket("192.168.31.154", 8848);
		
		// 2. 通過Socket對象，獲取對應的OutputStream對象，發送數據給服務器
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		
		outputStream.write("你好服務器!!!".getBytes());
		
		// 3. 通過Socket對象，獲取對應的InputStream對象，接收服務器發送數據
		InputStream inputStream = socket.getInputStream();
		
		byte[] buf = new byte[1024];
		int length = inputStream.read(buf);
		System.out.println(new String(buf, 0, length));
		
		// 4. 關閉服務
		socket.close();
	}
}

4.6.3 代碼總結

在這裏只是一個小的演示，傳遞的只有一句話，比較小，所以用一個1024的字節數組就可以接收信息了。
下邊來傳輸比較大的文件，會用到之前的IO流操作。

4.7 文件上傳操作

4.7.1 分析過程

4.7.2 客戶端程序

流程：
1. 創建對應文件的輸入字節流操作，這裏可以使用緩衝
2. 啓動Socket
3. 獲取Socket輸出OutputStream對象，發送數據給服務器
4. 邊讀邊發
5. 當文件讀取結束，發送完畢，關閉客戶端

代碼如下：

package fileupload;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

public class tcpClient {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 1. 創建對應文件的輸入字節流操作，這裏可以使用緩衝
		BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("d:/aaa/1.mp4")));
		
		//2. 啓動Socket，
		Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress(),8848);
		
		//3. 獲取Socket輸出OutputStream對象，發送數據給服務器
		OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
		
		int length = -1;
		byte buf[] = new byte[1024 * 8];
		
		// 4. 讀取數據，發送數據
		while ((length = bis.read(buf)) != -1) {
			outputStream.write(buf,0,length);
		}
		
		// 5.關閉資源
		socket.close();
		bis.close();
	}
}

4.7.3 服務端程序

流程：
1. 開啓服務端服務，創建ServerSocket對象
2. 明確保存文件的位置，創建對應文件夾的輸出緩衝字節流
3. 讀取數據，寫入文件
4. 關閉服務器

代碼如下：

package fileupload;

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/*
流程：
	1. 開啓服務端服務，創建ServerSocket對象
	2. 明確保存文件的位置，創建對應文件夾的輸出緩衝字節流
	3. 讀取數據，寫入文件
	4. 關閉服務器
 */
public class tcpServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		//1. 開啓服務端服務，創建ServerSocket對象
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8848);
		//獲取客戶端socket，合體
		Socket accept = serverSocket.accept();
		
		// 2. 明確保存文件的位置，創建對應文件夾的輸出緩衝字節流
		BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("d:/aaa/temp.mp4")));
		// 3. 獲取Socket對應的輸入流
		InputStream inputStream = accept.getInputStream();
		
		int length = -1;
		byte[] bytes = new byte[1024*8];
		
		// 4. 邊讀邊寫
		while((length = inputStream.read(bytes)) != -1) {
			bufferedOutputStream.write(bytes,0,length);
		}
		
		//關閉資源
		bufferedOutputStream.close();
		serverSocket.close();
		accept.close();
		
	}
}

這裏用到了IO流操作，用於寫入讀取文件。如果有看不懂的可以回顧一下IO博客。IO流

4.7.4 目前服務端代碼問題

在上邊的代碼中，我們存在一些邏輯問題

保存的文件名都是一致的，無法保存多個文件。
這裏可以考慮使用UUID作爲文件名
服務端沒有這麼low，代碼肯定不能執行完一個上傳功能就結束
同理，服務端代碼不可能只有一個上傳文件功能

在這裏多線程可以很好地解決問題
解決問題如下：
服務端代碼優化如下：

package fileupload;

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class BetterTcpServer {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		
		System.out.println("服務端代碼啓動");
		// 1. 啓動TCP服務端服務
		ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8848);
		
		// 2. 使用線程池
		ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
		
		while (true) {
			Socket accept = serverSocket.accept();
			
			pool.submit(() -> {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName());
				
				try {
					
					
					//設置文件名，用UUID來設置隨機不重複文件名並且把下劃線取消掉
					String filename = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "");
					
					//新建緩衝輸出字節流，並且確定文件存放位置
					BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(
							new FileOutputStream(new File("d:/aaa/temp/",filename + ".mp4")));
					
					//獲取客戶端傳來的inputstream
					InputStream inputStream = accept.getInputStream();
					//邊讀邊寫
					int length = -1;
					byte[] bus = new byte[1024*8];
					
					while((length = inputStream.read(bus)) != -1) {
						
						bufferedOutputStream.write(bus);
					}
					
					// 5. 關閉資源
					bufferedOutputStream.close();
					accept.close();
					//serverSocket.close();
					
				} catch (IOException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			});
		}
	}
}

手速還可以，截了張圖

可以看到，實現了多線程操作，而且可以儲存多分一樣的文件，文件名使用UUID隨機。也可以看到，代碼運行的時候，我的網速跑到了十幾M每秒，代碼優化成功。
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Java知識點——網絡編程（如何網絡編程和多線程實現tcp基礎多文件交換功能）

1. 網絡編程概述

1.1 C/S和B/S

1.2 網絡通信協議

1.3 UDP和TCP/IP區別

1.4 網絡編程的三要素

2.IP類

3.UDP協議數據傳輸

3.1 UDP數據傳輸方式

3.2 發送端

3.3 接收端

3.4 UDP數據傳遞丟失問題

3.5 FeiQ

4. TCP

4.1 TCP概述

4.2 Socket 客戶端Socket

4.3 ServerSocket服務端Socket

4.6 TCP協議代碼演示

4.6.1 服務器代碼

4.6.2 客戶端代碼

4.6.3 代碼總結

4.7 文件上傳操作

4.7.1 分析過程

4.7.2 客戶端程序

4.7.3 服務端程序

4.7.4 目前服務端代碼問題

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