网络编程技术(西电课件)第6章

网络编程技术(西电课件)第6章引言网络编程基础套接字编程多线程编程非阻塞式I/O与异步I/O网络编程实践引言01章节概述本章主要介绍网络编程中的高级技术，包括多线程编程、异步编程、网络安全性等方面的内容。通过学习本章，读者可以深入了解网络编程中的高级概念和技术，并能够应用这些技术来开发高效、安全的网络应用程序。掌握多线程编程的基本原理和实现方法，了解线程同步和通信的机制。了解网络安全性的重要性和常见的安全威胁，掌握加密、认证等安全技术的原理和应用。学习目标熟悉异步编程的概念和优势，掌握异步I/O、异步任务等技术的实现方法。能够应用多线程编程、异步编程和安全技术来设计和实现高效、安全的网络应用程序。网络编程基础02计算机网络的定义和分类计算机网络是由多台计算机通过通信线路和通信设备连接起来，实现资源共享和信息交换的系统。根据网络覆盖范围和传输技术，计算机网络可分为局域网、城域网和广域网。计算机网络的发展历程计算机网络的发展经历了从ARPANET到Internet的演变过程，逐渐形成了当今全球范围内的信息高速公路。计算机网络的功能和应用计算机网络具有数据通信、资源共享、分布式处理等功能，广泛应用于办公自动化、远程教育、电子商务等领域。计算机网络概述网络协议是计算机之间进行通信所必须遵循的规则和约定，它规定了通信双方如何建立连接、传输数据和断开连接等过程。网络协议的定义和作用OSI参考模型是国际标准化组织（ISO）提出的网络体系结构模型，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七个层次。OSI参考模型TCP/IP协议族是一组用于实现网络互联的通信协议，包括TCP、IP、UDP、ICMP等协议，广泛应用于Internet和局域网中。TCP/IP协议族网络协议与层次结构网络编程的定义和目的网络编程是指利用计算机网络技术，通过编程语言和开发工具编写网络应用程序的过程。其目的是实现计算机之间的通信和数据交换，满足各种网络应用的需求。网络编程的基本要素网络编程的基本要素包括网络通信协议、网络通信接口和网络编程模型。其中，网络通信协议是实现计算机之间通信的规则和约定；网络通信接口是操作系统提供的用于网络编程的API函数库；网络编程模型是描述网络应用程序结构和行为的抽象模型。网络编程的主要技术网络编程的主要技术包括套接字编程、多线程编程、异步I/O编程等。其中，套接字编程是实现基于TCP/IP协议的网络通信的基本技术；多线程编程用于提高网络应用程序的并发性能；异步I/O编程用于提高网络应用程序的响应性能。网络编程概述套接字编程03套接字（Socket）是计算机网络中用于实现不同主机间进程通信的端点。套接字提供了一种通用的、可靠的、基于连接的通信方式。套接字编程是网络编程的基础，广泛应用于各种网络应用和服务。套接字概述流式套接字（SOCK_STREAM）、数据报套接字（SOCK_DGRAM）和原始套接字（SOCK_RAW）。套接字类型套接字函数套接字选项socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、send()、recv()等。通过设置套接字选项，可以影响套接字的行为和性能。030201套接字类型与函数TCP套接字编程的基本步骤包括创建套接字、绑定地址和端口、监听连接、接受连接、发送和接收数据等。TCP套接字编程中需要注意的问题包括连接管理、错误处理、数据同步等。基于TCP的套接字编程创建套接字、绑定地址和端口、发送和接收数据等。UDP套接字编程的基本步骤包括数据包的丢失和乱序、广播和多播等。UDP套接字编程中需要注意的问题包括基于UDP的套接字编程多线程编程0403线程与进程的关系线程是进程的一部分，多个线程可以并发执行，共享进程的资源，但每个线程有自己的执行路径和堆栈。01线程的定义线程是进程中的执行单元，每个线程拥有独立的指令指针、堆栈和局部变量，共享进程的资源。02线程的状态线程具有新建、就绪、运行、阻塞和死亡等状态，状态之间可以相互转换。线程概述互斥的概念互斥是指多个线程在访问同一资源时，必须保证同一时刻只有一个线程能够访问该资源，以避免数据冲突和不一致。同步与互斥的实现方式常见的实现方式包括使用锁机制（如互斥锁、读写锁等）、条件变量、信号量等。同步的概念同步是指多个线程在访问共享资源时，需要遵循一定的顺序和规则，以保证数据的完整性和一致性。线程同步与互斥多线程在网络编程中的应用提高网络应用的性能多线程可以充分利用CPU资源，提高网络应用的并发处理能力和整体性能。处理异步事件网络编程中经常需要处理异步事件，如用户输入、网络数据传输等，多线程可以方便地处理这些事件，提高程序的响应速度。实现并行计算多线程可以实现并行计算，加快数据处理速度，提高网络应用的实时性和效率。简化编程模型多线程可以简化网络编程模型，降低程序设计的复杂度和开发难度。非阻塞式I/O与异步I/O05非阻塞式I/O定义非阻塞式I/O是一种I/O操作模式，在进行读写操作的时候使用非阻塞式I/O，则操作不再受到I/O限制，操作完成或者出错返回。非阻塞式I/O特点在进行读写操作的时候，若使用非阻塞式I/O进行读写，则调用会立即返回，而不会等待I/O操作的完成。若使用非阻塞式I/O进行输出操作，则数据会立即被发送到网络上，而不管接收端是否已经准备好接收数据。非阻塞式I/O适用场景适用于需要处理大量并发连接，且每个连接只需要进行少量数据传输的场景。010203非阻塞式I/O概述010203异步I/O定义异步I/O是一种特殊的非阻塞式I/O，它在进行读写操作的时候，调用会立即返回，而不会等待I/O操作的完成。与普通的非阻塞式I/O不同的是，异步I/O在操作完成后会主动通知应用程序。异步I/O特点异步I/O在进行读写操作的时候，调用会立即返回，而不会等待I/O操作的完成。当操作完成后，会主动通知应用程序。这样可以使得应用程序在等待I/O操作完成的同时，可以继续执行其他任务。异步I/O适用场景适用于需要处理大量并发连接，且每个连接需要进行大量数据传输的场景。同时，也适用于需要同时处理多个任务，且每个任务都需要进行I/O操作的场景。异步I/O概述提高网络应用程序性能01通过使用非阻塞式I/O和异步I/O技术，可以避免网络应用程序在等待I/O操作完成的过程中被阻塞，从而提高网络应用程序的性能和吞吐量。处理大量并发连接02非阻塞式I/O和异步I/O技术可以使得网络应用程序能够同时处理大量并发连接，而不会因为等待I/O操作完成而被阻塞。实现实时通信03通过使用非阻塞式I/O和异步I/O技术，可以实现实时通信功能，例如在线游戏、视频会议等。这些应用程序需要能够及时处理用户的输入和输出操作，以保证用户体验的流畅性。非阻塞式I/O与异步I/O在网络编程中的应用网络编程实践06项目名称基于TCP协议的聊天室程序随着互联网的发展，人们之间的交流方式也在不断变化，网络聊天室成为一种流行的交流方式。本项目旨在通过实践掌握网络编程技术，实现一个基于TCP协议的聊天室程序。实现多人在线聊天、支持私聊、群聊等功能，同时保证程序的稳定性和安全性。项目背景项目目标实践项目介绍根据用户需求，确定程序需要实现的功能，如用户注册、登录、添加好友、创建群聊等。需求分析选择合适的网络协议，本项目选择TCP协议。设计协议格式，包括消息头、消息体等部分，确保消息的可靠传输和解析。协议设计设计程序的整体架构，包括客户端和服务器端。客户端负责用户交互和消息发送，服务器端负责消息转发和用户管理。系统架构设计数据库表结构，存储用户信息、好友关系、群聊信息等数据。数据库设计实践项目分析与设计编程实现选择合适的编程语言和开发工具，本项目选择Java语言和Eclipse开发工具。按照设计文档，逐步实现各个功能模块，包括用户注册、登录、添加好友、创建群聊等。对程序进行测试，包括单元测试