第10章 网络编程教学设计.docx
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第10章网络编程教学设计
传智播客
《Java基础入门》
教学设计
课程名称：
Java基础教程
授课年级：
2014年级
授课学期：
2014学年第一学期
教师姓名：
某某老师
2014年05月14日
课题名称
第10章网络编程
计划学时
4课时
内容分析
网络编程是指在计算机上编写一些实现网络连接的程序，这些程序可以实现同一网络中的计算机之间的通信。
本章将针对网络编程的相关知识进行详细地讲解，并结合程序学习如何使用Java编写网络程序。
教学目标及基本要求
通过对本章的学习，要求学生了解网络通信协议，TCP/IP协议的特点、熟悉IP地址和端口号的作用、InetAddress对象的使用、掌握UDP和TCP通信方式、ServerSocket、Socket、DatagramPacket、DatagramSocket类的使用。
重点及措施
教学重点：
TCP/IP协议、UDP和TCP通信、ServerSocket、Socket、DatagramPacket、DatagramSocket类的使用方法。
难点及措施
教学难点：
TCP/IP协议、UDP和TCP通信、ServerSocket、Socket、DatagramPacket、DatagramSocket类的使用方法。
教学方式
教学采用教师课堂讲授为主，使用教学PPT讲解
教
学
过
程
第一课时
（网络通信协议、IP地址和端口号、InetAddress、UDP与TCP协议）
网络通信协议
在计算机网络中，实现计算机连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。
网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是TCP/IP协议，它是一个包括TCP协议和IP协议，UDP协议、ICMP协议和其它一些协议的协议组。
在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。
TCP/IP协议的层次结构比较简单，共分为四层：
应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能，接下来针对这四层进行详细地讲解。
●链路层：
链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、双绞线提供的驱动。
●网络层：
网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。
●运输层：
主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。
●应用层：
主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。
IP地址和端口号
在TCP/IP协议中，通过IP地址来指定接受数据的计算机或者发送数据的计算机，通过端口号来区分不同的应用程序。
接下来通过一个图例来描述IP地址和端口号的作用，如图所示。
网络中一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机，并通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序。
InetAddress
JDK中提供了一个InetAdderss类，该类用于封装一个IP地址，并提供了一系列与IP地址相关的方法，下表列举了InetAddress类的一些常用方法。
方法声明
功能描述
InetAddressgetByName（Stringhost）
参数host表示指定的主机，该方法用于在给定主机名的情况下确定主机的IP地址
InetAddressgetLocalHost（）
创建一个表示本地主机的InetAddress对象
StringgetHostName（）
得到IP地址的主机名，如果是本机则是计算机名，不是本机则是主机名，如果没有域名则是IP地址
booleanisReachable（inttimeout）
判断指定的时间内地址是否可以到达
StringgetHostAddress（）
得到字符串格式的原始IP地址
UDP与TCP协议
在TCP/IP结构图中，提到传输层的两个重要的高级协议，分别是UDP和TCP，其中UDP是UserDatagramProtocol的简称，称为用户数据报协议，TCP是TransmissionControlProtocol的简称，称为传输控制协议。
第二课时
（UDP通信、DatagramPacket、DatagramSocket、UDP网络程序、UDP案例）
UDP通信
UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。
在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。
UDP的交换过程如下图所示：
DatagramPacket
DatagramPacket类是UDP通信中用于封装发送或者接受数据的“集装箱”。
它的构造方法如下所示：
●DatagramPacket（byte[]buf,intlength）;
●DatagramPacket（byte[]buf,intlength,InetAddressaddr,intport）:
●DatagramPacket（byte[]buf,intoffset,intlength）:
●DatagramPacket（byte[]buf,intoffset,intlength,InetAddressaddr,intport）:
DatagramPacket类的常用方法：
方法声明
功能描述
InetAddressgetAddress（）
该方法用于返回发送端或者接收端的IP地址
intgetPort（）
该方法用于返回发送端或者接收端的端口号
byte[]getData（）
该方法用于返回将要接收或者将要发送的数据
intgetLength（）
该方法用于返回接收或者将要发送数据的长度
DatagramSocket
在UDP通信中，DatagramSocket的实例对象可以用来发送和接受DatagramPacket数据包，发送数据的过程如下图所示。
DatagramSocket的构造方法如下所示：
●DatagramSocket（）:
●DatagramSocket（intport）:
●DatagramSocket（intport,InetAddressaddr）:
DatagramSocket的常用方法如下表所示：
方法声明
功能描述
voidreceive（DatagramPacketp）
该方法用于将接收到的数据填充到DatagramPacket数据包中
voidsend（DatagramPacketp）
该方法用于发送DatagramPacket数据包
voidclose（）
关闭当前Socket，通知驱动程序释放资源
UDP网络程序
要实现UDP通信需要创建一个接收端程序和一个发送端程序，因此我们需要编写两个程序。
（1）接收端程序
publicclassExample02{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
//创建一个长度为1024的字节数组，用于接收数据
byte[]buf=newbyte[1024];
//定义一个DatagramSocket对象，监听的端口号为8954
DatagramSocketds=newDatagramSocket（8954）;
//定义一个DatagramPacket对象，用于接收数据
DatagramPacketdp=newDatagramPacket（buf,1024）;
System.out.println（"等待接收数据"）;
//等待接收数据，如果没有数据则会阻塞
ds.receive（dp）;
/*
*调用DatagramPacket的方法获得接收到的信息，
*包括数据的内容、长度、发送的IP地址和端口号
*/
Stringstr=newString（dp.getData（）,0,dp.getLength（））
+"from"+dp.getAddress（）.getHostAddress（）
+":
"+dp.getPort（）;
System.out.println（str）;//打印接收到的信息
ds.close（）;//释放资源
}
}
程序运行结果如图所示。
（2）发送端程序
publicclassExample03{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
//创建一个DatagramSocket对象
DatagramSocketds=newDatagramSocket（3000）;
Stringstr="helloworld";//要发送的数据
/*
*创建一个要发送的数据包，数据包包括发送的数据，数据的长度，
*接收端的IP地址以及端口号
*/
DatagramPacketdp=newDatagramPacket（str.getBytes（）,
str.length（）,InetAddress.getByName（"localhost"）,8954）;
System.out.println（"发送信息"）;
ds.send（dp）;//发送数据
ds.close（）;//释放资源
}
}
运行结果如图所示。
并且接收端程序中的控制台内容发生变化，变化结果如下图所示。
注意：
在创建发送端的DatagramSocket对象时，可以不指定端口号，指定端口号目的是为了每次运行时接收端的getPort（）方法返回值都是一致的，否则发送端的端口号由系统自动分配，接收端的getPort（）方法的返回值每次都不同。
UDP案例——聊天程序
✧功能需求
UDP聊天程序主要是想通过监听指定的端口号，目标IP地址和目标端口号，实现消息的发送和接收功能，并把聊天内容显示出来。
✧所用到的技术
1、UDP通信中的DatagramSocket、DatagramPacket类的相关方法。
2、在服务器监听方法中开启了新线程，把接受消息的实现方法全部放到新线程的run（）方法中。
3、使用Swing技术设计简单的对话框界面。
✧功能模块
1、界面实现
对于界面的实现，需要提供显示聊天记录的区域、聊天输入框等区域。
2、编写事件处理器（发送信息）
界面开发完成后，为界面上的按钮添加监听事件。
●在发送消息前，判断IP地址和端口号是否为空。
●把输入文本内容显示在指定区域的功能。
●添加清空文本显示区域内容的功能
3、DatagramSocket的启动监听（接受消息）
在程序中实现两个功能：
●接受用户填写程序监听的端口号
●使用多线程技术接受消息。
4、功能测试
开启两个聊天程序，分别填写对方的IP地址和监听端口号，测试聊天功能。
第三课时
（TCP通信、ServerSocket、Socket、TCP网络程序、多线程TCP网络程序、TCP案例）
TCP通信
TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。
整个交互过程如图所示。
由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的安全性，所以是一个被广泛采用的协议。
ServerSocket
在TCP程序中，ServerSocket表示服务器端，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。
ServerSocket的构造方法如下所示：
●ServerSocket（）：
●ServerSocket（intport）：
●ServerSocket（intport,intbacklog）：
●ServerSocket（intport,intbacklog,InetAddressbindAddr）：
ServerSocket的常用方法如下表所示：
方法声明
功能描述
Socketaccept（）
该方法用于等待客户端的连接，在客户端连接之前一直处于阻塞状态，如果有客户端连接就会返回一个与之对应的Socket对象
InetAddressgetInetAddress（）
该方法用于返回一个InetAddress对象，该对象中封装了ServerSocket绑定的IP地址
booleanisClosed（）
该方法用于判断ServerSocket对象是否为关闭状态，如果是关闭状态则返回true，反之则返回false
voidbind（SocketAddress
endpoint）
该方法用于将ServerSocket对象绑定到指定的IP地址和端口号，其中参数endpoint封装了IP地址和端口号
Socket
在TCP程序中，除了服务器端程序运行以外，还需要客户端程序与之交互，为此JDK提供了一个Socket类，用于实现TCP客户端程序。
Socket的构造方法有三种，具体如下：
●Socket（）
●Socket（Stringhost,intport）
●Socket（InetAddressaddress,intport）
Socket的常用方法如下表所示：
方法声明
功能描述
intgetPort（）
该方法返回Socket对象与服务器端连接的端口号
InetAddressgetLocalAddress（）
该方法用于获取Socket对象绑定的本地IP地址，并将IP地址封装成InetAddress类型的对象返回
voidclose（）
该方法用于关闭Socket连接，结束本次通信
InputStreamgetInputStream（）
该方法返回一个InputStream类型的输入流对象
OutputStreamgetOutputStream（）
该方法返回一个OutputStream类型的输出流对象
当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。
接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输，如下图所示。
TCP网络程序
要实现TCP通信需要创建一个服务器端程序和一个客户端程序，因此我们需要编写两个程序。
（1）服务器端程序
publicclassExample04{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
//创建TCPServer对象，并调用listen（）方法
newTCPServer（）.listen（）;
}
}
//TCP服务端
classTCPServer{
privatestaticfinalintPORT=7788;//定义一个端口号
//定义一个listen（）方法，抛出一个异常
publicvoidlisten（）throwsException{
//创建ServerSocket对象
ServerSocketserverSocket=newServerSocket（PORT）;
//调用ServerSocket的accept（）方法接收数据
Socketclient=serverSocket.accept（）;
//获取客户端的输出流
OutputStreamos=client.getOutputStream（）;
System.out.println（"开始与客户端交互数据"）;
//当客户端连接到服务端时，向客户端输出数据
os.write（（"传智播客欢迎你！
"）.getBytes（））;
//模拟执行其它功能占用的时间
Thread.sleep（5000）;
System.out.println（"结束与客户端交互数据"）;
os.close（）;
client.close（）;
}
}
运行结果如下图所示。
（2）客户端程序
publicclassExample05{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
//创建TCPClient对象，并调用connect（）方法
newTCPClient（）.connect（）;
}
}
//TCP客户端
classTCPClient{
//服务端的端口号
privatestaticfinalintPORT=7788;
publicvoidconnect（）throwsException{
//创建一个Socket并连接到给出地址和端口号的计算机
Socketclient=newSocket（InetAddress.getLocalHost（）,PORT）;
//得到接收数据的流
InputStreamis=client.getInputStream（）;
//定义1024个字节数组的缓冲区
byte[]buf=newbyte[1024];
//将数据读到缓冲区中
intlen=is.read（buf）;
//将缓冲区中的数据输出
System.out.println（newString（buf,0,len））;
//关闭Socket对象,释放资源
client.close（）;
}
}
运行结果如下图所示。
当客户端访问服务端程序时，服务器接收到数据后会解除阻塞状态，把服务器里剩下的功能代码实现，服务器控制台会发生变化，变化结果如下图所示。
多线程的TCP网络程序
在实际开发中，很多服务器端程序都是允许被多个应用程序访问的，例如门户网站可以被多个用户问，因此服务器都是多线程的。
（1）实现多线程功能的服务器端
classTCPServer{
//定义一个静态常量作为端口号
privatestaticfinalintPORT=7788;
publicvoidlisten（）throwsException{
//创建ServerSocket对象，监听指定的端口
ServerSocketserverSocket=newServerSocket（PORT）;
//使用while循环不停的接收客户端发送的请求
while（true）{
//调用ServerSocket的accept（）方法与客户端建立连接
finalSocketclient=serverSocket.accept（）;
//下面的代码用来开启一个新的线程
newThread（）{
publicvoidrun（）{
OutputStreamos;//定义一个输出流对象
try{
//获取客户端的输出流
os=client.getOutputStream（）;System.out.println（"开始与客户端交互数据"）;
os.write（（"传智播客欢迎你！
"）.getBytes（））;
//使线程休眠5000毫秒
Thread.sleep（5000）;
System.out.println（"结束与客户端交互数据"）;
os.close（）;//关闭输出流
client.close（）;//关闭Socket对象
}catch（Exceptione）{
e.printStackTrace（）;
}
};
}.start（）;
}
}
}
此时，再次开启服务端程序，运行三个客户端程序的运行结果如下图所示。
TCP案例——文件上传
目前大多数服务器都会提供文件上传的功能，由于文件上传需要数据的安全性和完整性，所以需要使用TCP协议来实现。
接下来通过一个案例来实现图片上传的功能，首先编写服务器端程序，用来接收图片，如例程所示。
publicclassExample07{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
//创建ServerSocket对象
ServerSocketserverSocket=newServerSocket（10001）;
while（true）{
//调用accept（）方法接收客户端请求，得到Socket对象
Sockets=serverSocket.accept（）;
//每当和客户端建立Socket连接后，单独开启一个线程处理和客户端的交互
newThread（newServerThread（s））.start（）;
}
}
}
classServerThreadimplementsRunnable{
//持有一个Socket类型的属性
privateSocketsocket;
//构造方法中把Socket对象作为实参传入
publicServerThread（Socketsocket）{
this.socket=socket;
}
publicvoidrun（）{
//获取客户端的IP地址
Stringip=socket.getInetAddress（）.getHostAddress（）;
//上传图片个数
intcount=1;
try{
InputStreamin=socket.getInputStream（）;
//创建上传图片目录的File对象
FileparentFile=newFile（"d:
\\upload\\"）;
//如果不存在，就创建这个目录
if（!
parentFile.exists（））{
parentFile.mkdir（）;
}
//把客户端的IP地址作为上传文件的文件名
Filefile=newFile（parentFile,ip+"（"+count+"）.jpg"）;
while（file.exists（））{
//如果文件名存在，则把count++
file=newFile（parentFile,ip+"（"+（count++）+"）.jpg"）
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