網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)(西電課件)第6章

網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)(西電課件)第6章引言網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)套接字編程多線程編程非阻塞式I/O與異步I/O網(wǎng)絡(luò)編程實踐引言01章節(jié)概述本章主要介紹網(wǎng)絡(luò)編程中的高級技術(shù)，包括多線程編程、異步編程、網(wǎng)絡(luò)安全性等方面的內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)本章，讀者可以深入了解網(wǎng)絡(luò)編程中的高級概念和技術(shù)，并能夠應(yīng)用這些技術(shù)來開發(fā)高效、安全的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。掌握多線程編程的基本原理和實現(xiàn)方法，了解線程同步和通信的機制。了解網(wǎng)絡(luò)安全性的重要性和常見的安全威脅，掌握加密、認證等安全技術(shù)的原理和應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉異步編程的概念和優(yōu)勢，掌握異步I/O、異步任務(wù)等技術(shù)的實現(xiàn)方法。能夠應(yīng)用多線程編程、異步編程和安全技術(shù)來設(shè)計和實現(xiàn)高效、安全的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)02計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和分類計算機網(wǎng)絡(luò)是由多臺計算機通過通信線路和通信設(shè)備連接起來，實現(xiàn)資源共享和信息交換的系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和傳輸技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了從ARPANET到Internet的演變過程，逐漸形成了當(dāng)今全球范圍內(nèi)的信息高速公路。計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)通信、資源共享、分布式處理等功能，廣泛應(yīng)用于辦公自動化、遠程教育、電子商務(wù)等領(lǐng)域。計算機網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機之間進行通信所必須遵循的規(guī)則和約定，它規(guī)定了通信雙方如何建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接等過程。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義和作用OSI參考模型是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層七個層次。OSI參考模型TCP/IP協(xié)議族是一組用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的通信協(xié)議，包括TCP、IP、UDP、ICMP等協(xié)議，廣泛應(yīng)用于Internet和局域網(wǎng)中。TCP/IP協(xié)議族網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)編程的定義和目的網(wǎng)絡(luò)編程是指利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過編程語言和開發(fā)工具編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的過程。其目的是實現(xiàn)計算機之間的通信和數(shù)據(jù)交換，滿足各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。網(wǎng)絡(luò)編程的基本要素網(wǎng)絡(luò)編程的基本要素包括網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)通信接口和網(wǎng)絡(luò)編程模型。其中，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是實現(xiàn)計算機之間通信的規(guī)則和約定；網(wǎng)絡(luò)通信接口是操作系統(tǒng)提供的用于網(wǎng)絡(luò)編程的API函數(shù)庫；網(wǎng)絡(luò)編程模型是描述網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)和行為的抽象模型。網(wǎng)絡(luò)編程的主要技術(shù)網(wǎng)絡(luò)編程的主要技術(shù)包括套接字編程、多線程編程、異步I/O編程等。其中，套接字編程是實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本技術(shù)；多線程編程用于提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的并發(fā)性能；異步I/O編程用于提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的響應(yīng)性能。網(wǎng)絡(luò)編程概述套接字編程03套接字（Socket）是計算機網(wǎng)絡(luò)中用于實現(xiàn)不同主機間進程通信的端點。套接字提供了一種通用的、可靠的、基于連接的通信方式。套接字編程是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)。套接字概述流式套接字（SOCK_STREAM）、數(shù)據(jù)報套接字（SOCK_DGRAM）和原始套接字（SOCK_RAW）。套接字類型套接字函數(shù)套接字選項socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、send()、recv()等。通過設(shè)置套接字選項，可以影響套接字的行為和性能。030201套接字類型與函數(shù)TCP套接字編程的基本步驟包括創(chuàng)建套接字、綁定地址和端口、監(jiān)聽連接、接受連接、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等。TCP套接字編程中需要注意的問題包括連接管理、錯誤處理、數(shù)據(jù)同步等?；赥CP的套接字編程創(chuàng)建套接字、綁定地址和端口、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等。UDP套接字編程的基本步驟包括數(shù)據(jù)包的丟失和亂序、廣播和多播等。UDP套接字編程中需要注意的問題包括基于UDP的套接字編程多線程編程0403線程與進程的關(guān)系線程是進程的一部分，多個線程可以并發(fā)執(zhí)行，共享進程的資源，但每個線程有自己的執(zhí)行路徑和堆棧。01線程的定義線程是進程中的執(zhí)行單元，每個線程擁有獨立的指令指針、堆棧和局部變量，共享進程的資源。02線程的狀態(tài)線程具有新建、就緒、運行、阻塞和死亡等狀態(tài)，狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換。線程概述互斥的概念互斥是指多個線程在訪問同一資源時，必須保證同一時刻只有一個線程能夠訪問該資源，以避免數(shù)據(jù)沖突和不一致。同步與互斥的實現(xiàn)方式常見的實現(xiàn)方式包括使用鎖機制（如互斥鎖、讀寫鎖等）、條件變量、信號量等。同步的概念同步是指多個線程在訪問共享資源時，需要遵循一定的順序和規(guī)則，以保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。線程同步與互斥多線程在網(wǎng)絡(luò)編程中的應(yīng)用提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能多線程可以充分利用CPU資源，提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的并發(fā)處理能力和整體性能。處理異步事件網(wǎng)絡(luò)編程中經(jīng)常需要處理異步事件，如用戶輸入、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，多線程可以方便地處理這些事件，提高程序的響應(yīng)速度。實現(xiàn)并行計算多線程可以實現(xiàn)并行計算，加快數(shù)據(jù)處理速度，提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實時性和效率。簡化編程模型多線程可以簡化網(wǎng)絡(luò)編程模型，降低程序設(shè)計的復(fù)雜度和開發(fā)難度。非阻塞式I/O與異步I/O05非阻塞式I/O定義非阻塞式I/O是一種I/O操作模式，在進行讀寫操作的時候使用非阻塞式I/O，則操作不再受到I/O限制，操作完成或者出錯返回。非阻塞式I/O特點在進行讀寫操作的時候，若使用非阻塞式I/O進行讀寫，則調(diào)用會立即返回，而不會等待I/O操作的完成。若使用非阻塞式I/O進行輸出操作，則數(shù)據(jù)會立即被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，而不管接收端是否已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。非阻塞式I/O適用場景適用于需要處理大量并發(fā)連接，且每個連接只需要進行少量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍啊?10203非阻塞式I/O概述010203異步I/O定義異步I/O是一種特殊的非阻塞式I/O，它在進行讀寫操作的時候，調(diào)用會立即返回，而不會等待I/O操作的完成。與普通的非阻塞式I/O不同的是，異步I/O在操作完成后會主動通知應(yīng)用程序。異步I/O特點異步I/O在進行讀寫操作的時候，調(diào)用會立即返回，而不會等待I/O操作的完成。當(dāng)操作完成后，會主動通知應(yīng)用程序。這樣可以使得應(yīng)用程序在等待I/O操作完成的同時，可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。異步I/O適用場景適用于需要處理大量并發(fā)連接，且每個連接需要進行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍?。同時，也適用于需要同時處理多個任務(wù)，且每個任務(wù)都需要進行I/O操作的場景。異步I/O概述提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序性能01通過使用非阻塞式I/O和異步I/O技術(shù)，可以避免網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序在等待I/O操作完成的過程中被阻塞，從而提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的性能和吞吐量。處理大量并發(fā)連接02非阻塞式I/O和異步I/O技術(shù)可以使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序能夠同時處理大量并發(fā)連接，而不會因為等待I/O操作完成而被阻塞。實現(xiàn)實時通信03通過使用非阻塞式I/O和異步I/O技術(shù)，可以實現(xiàn)實時通信功能，例如在線游戲、視頻會議等。這些應(yīng)用程序需要能夠及時處理用戶的輸入和輸出操作，以保證用戶體驗的流暢性。非阻塞式I/O與異步I/O在網(wǎng)絡(luò)編程中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編程實踐06項目名稱基于TCP協(xié)議的聊天室程序隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們之間的交流方式也在不斷變化，網(wǎng)絡(luò)聊天室成為一種流行的交流方式。本項目旨在通過實踐掌握網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，實現(xiàn)一個基于TCP協(xié)議的聊天室程序。實現(xiàn)多人在線聊天、支持私聊、群聊等功能，同時保證程序的穩(wěn)定性和安全性。項目背景項目目標(biāo)實踐項目介紹根據(jù)用戶需求，確定程序需要實現(xiàn)的功能，如用戶注冊、登錄、添加好友、創(chuàng)建群聊等。需求分析選擇合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，本項目選擇TCP協(xié)議。設(shè)計協(xié)議格式，包括消息頭、消息體等部分，確保消息的可靠傳輸和解析。協(xié)議設(shè)計設(shè)計程序的整體架構(gòu)，包括客戶端和服務(wù)器端?？蛻舳素撠?zé)用戶交互和消息發(fā)送，服務(wù)器端負責(zé)消息轉(zhuǎn)發(fā)和用戶管理。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，存儲用戶信息、好友關(guān)系、群聊信息等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計實踐項目分析與設(shè)計編程實現(xiàn)選擇合適的編程語言和開發(fā)工具，本項目選擇Java語言和Eclipse開發(fā)工具。按照設(shè)計文檔，逐步實現(xiàn)各個功能模塊，包括用戶注冊、登錄、添加好友、創(chuàng)建群聊等。對程序進行測試，包括單元測試