08-网络编程与设计模式

对应原始资料：JavaSE进阶_day12

一、网络编程三要素

1. IP 地址：唯一标识网络中的设备。
   • IPv4：4 字节，如 192.168.1.1。
   • IPv6：16 字节，更充足。
   • 127.0.0.1 / localhost 本机回环。
2. 端口号：标识设备上的程序，2 字节 0~65535。0~1023 被系统占用。
3. 协议：通信规则。
   • UDP：无连接、不可靠、快，限制 64KB。适合直播、视频会议。
   • TCP：面向连接、可靠（三次握手四次挥手）、大数据。

二、InetAddress

InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
InetAddress baidu = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
baidu.getHostAddress();

三、UDP 编程

DatagramSocket 收发数据报 DatagramPacket。

发送方：

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
byte[] data = "hello".getBytes();
DatagramPacket p = new DatagramPacket(data, data.length,
        InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10000);
ds.send(p);
ds.close();

接收方：

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
byte[] buf = new byte[1024];
DatagramPacket p = new DatagramPacket(buf, buf.length);
ds.receive(p);   // 阻塞
System.out.println(new String(p.getData(), 0, p.getLength()));

四、TCP 编程（重点）

ServerSocket（服务端）+ Socket（客户端）。

1. 客户端

Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("你好".getBytes());
InputStream is = socket.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int len = is.read(buf);
System.out.println(new String(buf, 0, len));
socket.close();

2. 服务端

ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
while (true) {
    Socket s = ss.accept();             // 阻塞，等待连接
    new Thread(() -> handle(s)).start(); // 多线程处理每个客户端
}

3. 经典案例：文件上传

• 客户端读文件 → 通过 Socket 发送 → 服务端保存到磁盘 → 回写"上传成功"。
• 注意：客户端发完要 socket.shutdownOutput()，否则服务端 read 阻塞。
• 推荐用线程池管理并发连接。

五、设计模式

1. 单例模式（Singleton）

保证一个类在内存中只有一个对象。

饿汉式（线程安全）

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; }
}

懒汉式（双重检查锁，线程安全）

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

volatile 防止指令重排；双重 if 避免无谓加锁。

静态内部类（推荐，懒加载 + 线程安全）

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class Holder { static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); }
    public static Singleton getInstance() { return Holder.INSTANCE; }
}

最佳：枚举（防反射、防序列化破解）。

2. 多例模式（Multiton）

固定数量的实例（如固定颜色的 Color、数据源）。本质是 Map 缓存若干实例。

3. 工厂模式（Factory）

把对象创建交给工厂，解耦。

简单工厂：

class AnimalFactory {
    public static Animal create(String type) {
        if ("dog".equals(type)) return new Dog();
        if ("cat".equals(type)) return new Cat();
        return null;
    }
}

工厂方法：每个产品对应一个工厂类。

抽象工厂：一组相关产品（如套餐）。

4. 装饰者模式（Decorator）

动态给对象增强功能，避免子类膨胀。IO 流的设计就是装饰者模式。

Reader r = new BufferedReader(new FileReader("a.txt"));
// FileReader = 被装饰者
// BufferedReader = 装饰者（增强：缓冲 + readLine）

与静态代理 / 适配器的区别：

• 装饰者：增强，接口相同。
• 代理：控制访问。
• 适配器：接口转换。

5. 模板方法模式

父类定义算法骨架（final 模板方法），子类重写抽象步骤。详见进阶 01 章。

6. 代理模式

• 静态代理：手动写代理类。
• 动态代理：JDK Proxy（接口）/ CGLIB（类）。Spring AOP 底层，见反射章节。

练习建议

1. 用 TCP 模拟聊天室（多线程 + 循环接收）。
2. 实现文件上传服务（线程池版）。
3. 写饿汉、懒汉、静态内部类三种单例，多线程测试。
4. 用装饰者模式给一杯咖啡动态添加配料（牛奶、糖），计算最终价格。
5. 用简单工厂创建不同形状（Shape）对象。