一，网络编程基础

网络模型

OSI 七层模型

层级	名称	功能	例子
7	应用层	用户接口，应用程序访问网络服务	HTTP、FTP、SMTP
6	表示层	数据格式转换、加密解密	JPEG、ASCII、加密
5	会话层	建立、管理、终止会话	RPC、NetBIOS
4	传输层	端到端连接，可靠传输	TCP、UDP
3	网络层	逻辑寻址，路由选择	IP、ICMP、路由器
2	数据链路层	物理寻址，帧传输	MAC地址、交换机
1	物理层	物理介质，比特流传输	网线、光纤、集线器

TCP/IP 四层模型

层级	名称	对应OSI层	协议
4	应用层	应用层+表示层+会话层	HTTP、FTP、DNS、SMTP
3	传输层	传输层	TCP、UDP
2	网络层	网络层	IP、ICMP、ARP
1	网络接口层	数据链路层+物理层	Ethernet、WiFi

Java 主要工作在传输层（TCP/UDP）和应用层

核心包

import java.net.*;     // 主要网络类
import java.io.*;      // IO流支持

网络编程就是在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，进行的数据传送，本质就是不同计算机之间通过网络进行数据传送。

常见的软件架构：

B/S 架构：Browser/Server，即浏览器 / 服务器的架构

只需要一个浏览器，用户通过不同的网址，客户访问不同的服务器。

优点：
1. 不需要开发客户端，只需要页面+服务的
2. 用户不需要下载，打开浏览器即可使用
缺点：如果应用过大，用户体验会受到影响
C/S 架构：Client/Server，即客户端 / 服务的架构

在用户本地需要下载并安装客户端程序，在远程有一个服务器端程序。

优点：画面可做的非常精美，用户体验很好

缺点： 需要开发客户端，也需要开发服务的，维护开发部署很麻烦，用户需要下载和更新的时候很麻烦。

网络编程三要素：ip，端口，协议

常用框架

Netty - 高性能NIO框架
Apache HttpClient - HTTP客户端库
OkHttp - 现代HTTP客户端
Spring WebFlux - 响应式Web框架

二，IP地址核心类

2.1 InetAddress基本使用

import java.net.InetAddress;

// 获取本地主机
InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println("本地主机: " + local);
// 输出: 本地主机: DESKTOP-ABC/192.168.1.100

// 通过域名获取
InetAddress google = InetAddress.getByName("www.google.com");
System.out.println("Google IP: " + google.getHostAddress());
// 输出: Google IP: 142.250.74.68

// 获取所有IP（可能有多个）
InetAddress[] allIps = InetAddress.getAllByName("www.google.com");
for (InetAddress ip : allIps) {
    System.out.println(ip.getHostAddress());
}

2.2 InetAddress常用方法

InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.1");

// 基本信息
String ip = address.getHostAddress();      // "192.168.1.1"
String hostname = address.getHostName();   // 主机名或IP字符串
String canonicalName = address.getCanonicalHostName(); // 规范主机名

// 类型判断
boolean isLoopback = address.isLoopbackAddress();  // 是否是回环地址(127.x.x.x)
boolean isSiteLocal = address.isSiteLocalAddress(); // 是否是内网地址(192.168.x.x, 10.x.x.x, 172.16-31.x.x)
boolean isLinkLocal = address.isLinkLocalAddress(); // 是否是链路本地地址(169.254.x.x)
boolean isAnyLocal = address.isAnyLocalAddress();   // 通配地址(0.0.0.0)
boolean isMulticast = address.isMulticastAddress(); // 是否是组播地址

// 可达性测试（ping）
boolean reachable = address.isReachable(5000);  // 5秒超时

2.3 Inet4Address - IPv4专门类

// 实际上你很少需要直接创建它
Inet4Address ipv4 = (Inet4Address) InetAddress.getByName("192.168.1.1");

// 判断是否是IPv4
if (address instanceof Inet4Address) {
    System.out.println("这是IPv4地址");
}

2.4 Inet6Address - IPv6专门类

Inet6Address ipv6 = (Inet6Address) InetAddress.getByName("2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334");

// IPv6特有方法
byte[] ipv6Bytes = ipv6.getAddress();  // 16字节数组
boolean isIPv4Compatible = ipv6.isIPv4CompatibleAddress(); // 是否IPv4兼容
String scopeId = ipv6.getScopedInterface().getName(); // 作用域ID

2.5 InetSocketAddress - IP+端口组合

用于 Socket 编程，包含 IP 地址和端口号

// 创建方式
InetSocketAddress socketAddr1 = new InetSocketAddress("localhost", 8080);
InetSocketAddress socketAddr2 = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(), 8080);
InetSocketAddress socketAddr3 = new InetSocketAddress(8080);  // 通配地址: 0.0.0.0:8080

// 获取信息
String hostname = socketAddr1.getHostName();    // 解析主机名
String hostString = socketAddr1.getHostString(); // 原始字符串
InetAddress address = socketAddr1.getAddress();  // InetAddress对象
int port = socketAddr1.getPort();                // 端口号
boolean unresolved = socketAddr1.isUnresolved(); // 是否未解析

// 用在Socket中
ServerSocket server = new ServerSocket();
server.bind(socketAddr1);  // 绑定到指定地址和端口

2.6 NetworkInterface - 网络接口类

代表网卡、网络接口

import java.net.NetworkInterface;

// 获取所有网络接口
Enumeration<NetworkInterface> interfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces();
while (interfaces.hasMoreElements()) {
    NetworkInterface ni = interfaces.nextElement();
    
    System.out.println("接口名称: " + ni.getName());           // eth0, wlan0
    System.out.println("显示名称: " + ni.getDisplayName());   // 以太网适配器, WiFi
    System.out.println("是否启动: " + ni.isUp());             // true/false
    System.out.println("是否回环: " + ni.isLoopback());       // 是否是回环接口
    System.out.println("是否虚拟: " + ni.isVirtual());        // 是否是虚拟接口
    System.out.println("MTU: " + ni.getMTU());               // 最大传输单元
    
    // 获取MAC地址
    byte[] mac = ni.getHardwareAddress();
    if (mac != null) {
        System.out.print("MAC地址: ");
        for (byte b : mac) {
            System.out.printf("%02X:", b);
        }
        System.out.println();
    }
    
    // 获取绑定的IP地址
    Enumeration<InetAddress> inetAddresses = ni.getInetAddresses();
    while (inetAddresses.hasMoreElements()) {
        InetAddress addr = inetAddresses.nextElement();
        System.out.println("  IP: " + addr.getHostAddress());
    }
    
    System.out.println("---");
}

// 按名称获取特定接口
NetworkInterface eth0 = NetworkInterface.getByName("eth0");
NetworkInterface byIp = NetworkInterface.getByInetAddress(
    InetAddress.getByName("192.168.1.100")
);

2.7 总结

类名	用途	常用场景
InetAddress	IP地址表示	所有IP相关操作
Inet4Address	IPv4地址	明确IPv4处理
Inet6Address	IPv6地址	IPv6网络
InetSocketAddress	IP+端口	Socket绑定、连接
NetworkInterface	网络接口	多网卡选择、MAC获取

三，常用协议

3.1 UDP协议

UDP 协议：用户数据报协议（User Datagram Protocol)
UDP 是面向无连接通信协议

速度快，有大小限制一次最多 64k，数据不安全，易丢失

面向无连接：数据直接发送，不确认是否连接成功。

应用场景：在线视频，语音通话，网络会议。

特点

无连接：不用先握手
不可靠：可能丢包、重复、乱序
简单快速：适合实时应用
支持广播/组播

3.2 TCP协议

TCP 协议：传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol)
TCP 协议是面向连接的通信协议

速度慢，没有大小限制，数据安全。

面向连接：数据发送之前会确定是否连接成功再发送数据

应用场景：下载软件，文字聊天，发送邮件。

特点

面向连接：三次握手建立连接
可靠传输：保证不丢包、不重复、按顺序
流量控制：防止发送过快
拥塞控制：防止网络拥堵

3.3 HTTP协议

HTTP（超文本传输协议）

特点

应用层协议：基于TCP
无状态：每次请求独立
明文传输：内容不加密
请求-响应模型

HTTP 消息格式

# 请求
GET /index.html HTTP/1.1       ← 请求行（方法 + URI + 版本）
Host: www.example.com           ← 请求头（键值对）
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
(空行)                          ← 空行分隔
请求体（GET通常没有）            ← 请求数据

# 响应
HTTP/1.1 200 OK                ← 状态行（版本 + 状态码 + 描述）
Content-Type: text/html        ← 响应头
Content-Length: 1234
(空行)                          ← 空行分隔
<html>...</html>               ← 响应体

HTTP 方法

GET：获取资源（读）
POST：提交数据（写）
PUT：更新资源（全量更新）
DELETE：删除资源
PATCH：部分更新

HTTP 状态码

1xx：信息提示（很少见）
2xx：成功（200 OK，201 Created）
3xx：重定向（301 永久，302 临时）
4xx：客户端错误（404 找不到，403 禁止访问）
5xx：服务器错误（500 内部错误，502 网关错误）

3.4 HTTPS协议

是什么？

HTTP + SSL/TLS加密
端口443（HTTP是80）

工作原理

1. 客户端发起HTTPS请求
2. 服务器返回证书（包含公钥）
3. 客户端验证证书
4. 客户端生成随机密钥，用公钥加密后发给服务器
5. 服务器用私钥解密得到密钥
6. 双方用这个密钥对称加密通信

3.5 总结

特性	UDP	TCP	HTTP	HTTPS
连接	无连接	面向连接	基于TCP	基于TCP+SSL
可靠性	不可靠	可靠	可靠	可靠
速度	快	慢	中等	最慢
头部开销	8字节	20字节	不定	不定+加密开销
数据顺序	不保证	保证	保证	保证
端口	自定义	自定义	80	443
适用场景	实时媒体	文件传输	Web API	安全Web API
Java类	DatagramSocket	Socket/ServerSocket	HttpClient	HttpClient+SSL

一句话区分

UDP：发微信（不管对方收没收到）
TCP：打电话（确保对方听到）
HTTP：快递寄信（有固定格式）
HTTPS：加密快递寄信（安全版）

四，UDP通信程序

特点：无连接、不可靠通信。
不事先建立连接；发送端每次把要发送的数据(限制在64KB内)、接收端IP、等信息封装成一个数据包，发出去就不管了。
Java提供了一个java.net.Datagramsocket类来实现UDP通信:

DatagramSocket：用于创建客户端、服务端

构造器	说明
public DatagramSocket()	创建客户端的Socket对象，系统会随机分配一个端口号
public DatagramSocket(int port)	创建服务端的Socket对象，并指定端口号

常用方法：

方法	说明
public void send(DatagramPacket dp)	发送数据包
public void receive(DatagramPacket p)	使用数据包接受数据

DatagramPacket：创建数据包

构造器	说明
public DatagramPacket(byte[] buf,int length, InetAddress address, int port)	创建发送出去的数据包对象
public DatagramPacket(byte[] buf,int length)	创建用来接受数据的数据包

常用方法

方法	说明
public int getLength()	获取数据包，实际接收到的字节个数
public InetAddress getAddress()	获取到发送方的ip对象
public int getPort()	获取到发送方的端口

举例：

//接收方
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
public class ReceiveMessage {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建接受数据的服务端
        try(DatagramSocket ds=new DatagramSocket(8888)){
            //2.创建接受数据的数据包
            byte[] bytes=new byte[1024];
            while(true){
                DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
                ds.receive(dp);
                //3.将接收到的数据转换为字符串并输出
                //获取到发送方的ip对象
                InetAddress address = dp.getAddress();
                //获取到发送方的端口
                int port = dp.getPort();
                //4.输出接收到的数据
                System.out.println("从"+address+":"+port+"接收到的数据是："+new String(dp.getData(),0,dp.getLength()));
            }
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//发送方
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
import static java.lang.Thread.sleep;
public class SendMessage {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建发送数据的客户端
        try(DatagramSocket ds=new DatagramSocket()){
            //2.创建服务端的InetAddress对象
            InetAddress byName = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            //3.创建要发送数据的数据包
            while(true){
                Scanner sc=new Scanner(System.in);
                String dataStr = sc.nextLine();
                //4.创建要发送给服务端的数据包
                DatagramPacket dp=new DatagramPacket(dataStr.getBytes(),dataStr.getBytes().length,byName,8888);
                //5.发送数据
                ds.send(dp);
            }
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

UDP 的三种通信方式

单播：发送端只给一台设备发送数据（一对一）

上述写的代码就是单波形式
组播：发送端给一组设备发送数据（一对多）

组波地址：224.0.0.0 到239.255.255.255，其中 224.0.0.0 到 224.0.0.255 为预留的组播地址。

我们只能用这部分预留的组播地址。

组播和 IP 的区别是，ip 只能表示一台设备，组播可以表示多台设备。
广播：发送端给局域网所有的设备发送数据（一对所有）

广播地址：255.255.255.255

组波代码实现：

组播和单波代码实现的区别：

发送端和接收端使用MulticastSocket对象来代替DatagramSocket
发送端使用组播地址代替ip地址
接收端需要额外的将当前本机加入指定组播地址当中

发送数据

package Text2;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
public class Send {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建MulticastSocket对象
        //MulticastSocket和DatagramSocket使用方式一样
        MulticastSocket ms=new MulticastSocket(1010);
        //创建DatagramPacket对象
        String s="hello world";
        byte[] bytes = s.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");//指定的是组播地址
        int port=1000;
        DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
        ms.send(dp);
        ms.close();
    }
}

接收数据

package Text2;
import javax.xml.crypto.Data;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
public class Receive {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建MulticastSocket对象
        MulticastSocket ms=new MulticastSocket(1000);
        //将当前本机，添加到224.0.0.1这一组
        InetAddress address=InetAddress.getByName("224.0.0.1");
        ms.joinGroup(address);
        //创建DatagramPacket数据包对象
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
        //接收数据
        ms.receive(dp);
        //解析数据
        byte[] data = dp.getData();
        int len=dp.getLength();
        String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
        String name=dp.getAddress().getHostName();
        System.out.println("ip为："+ip+"主机名为："+name+"的人，发送了数据："+new String(data,len));
        //释放资源
        ms.close();
    }
}

** 广播的代码实现：** 只需要在单波的代码中发送端额发送地址修改为255.255.255.255即可实现广播

五，TCP通信程序

5.1 TCP的三次握手和四次挥手

三次握手：目的是保证连接的建立

四次挥手：目的是确保连接端口，且通道内数据处理完毕。

5.2 TCP通信快速入门

特点：面向连接、可靠通信，
通信双方事先会采用“三次握手”方式建立可靠连接，实现端到端的通信;底层能保证数据成功传给服务端
Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信。

5.2.1 客户端

构造器	说明
public Socket(String host,int port)	根据指定的服务器ip，端口号请求与服务端建立连接，连接通过就获得了客户端socket

方法：

方法	说明
public OutputStream getOutputStream()	获得字节输出流对象
public InputStream getInputStream()	获得字节输入流对象
public InetAddress getInetAddress()	获取客户端的ip对象

代码实现：

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建Socket对象，同时请求与服务器程序的连接
        try(Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8888)){
            //2.从socket通道中获取输出流
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            //3.包装
            DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
            Scanner sc=new Scanner(System.in);
            //4.输入数据
            while(true){
                System.out.print("请输入内容：");
                String msg=sc.nextLine();
                if("exit".equals(msg)){
                    break;
                }
                dataOutputStream.writeUTF(msg);
                //刷新缓存
                dataOutputStream.flush();
            }
        }catch(Exception e){
            System.out.println("服务端访问失败！");
        }

    }
}

5.2.2 服务端

服务端是通过java.net包下的Serversocket类来实现的

ServerSocket：

构造器	说明
public ServerSocket(int port)	为服务端程序注册端口