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网络编程



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Java 网络编程

网络编程是指编写运行在多个设备(计算机)的程序,这些设备都通过网络连接起来。

java.net包中J2SE的API包含有类和接口,它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口,来专注于解决问题,而不用关注通信细节。

java.net包中提供了两种常见的网络协议的支持:

  • TCP: TCP是传输控制协议的缩写,它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议,被称TCP / IP。
  • UDP:UDP是用户数据报协议的缩写,一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

本教程主要讲解以下两个主题。

  • Socket 编程: 这是使用最广泛的网络概念,它已被解释地非常详细
  • URL 处理: 这部分会在另外的篇幅里讲,点击这里更详细地了解在Java语言中的URL处理。

Socket 编程

套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字,并尝试连接服务器的套接字。

当连接建立时,服务器会创建一个Socket对象。客户端和服务器现在可以通过对Socket对象的写入和读取来进行通信。

java.net.Socket类代表一个套接字,并且java.net.ServerSocket类为服务器程序提供了一种来监听客户端,并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现:

  • 服务器实例化一个ServerSocket对象,表示通过服务器上的端口通信。
  • 服务器调用 ServerSocket类 的accept()方法,该方法将一直等待,直到客户端连接到服务器上给定的端口。
  • 服务器正在等待时,一个客户端实例化一个Socket对象,指定服务器名称和端口号来请求连接。
  • Socket类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立,则在客户端创建一个Socket对象能够与服务器进行通信。
  • 在服务器端,accept()方法返回服务器上一个新的socket引用,该socket连接到客户端的socket。

连接建立后,通过使用I/O流在进行通信。每一个socket都有一个输出流和一个输入流。客户端的输出流连接到服务器端的输入流,而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。 TCP是一个双向的通信协议,因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现sockets。


ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用java.net.ServerSocket类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

ServerSocket类有四个构造方法:

序号 方法 描述
1 public ServerSocket(int port) throws IOException 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
2 public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
3 public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。
4 public ServerSocket() throws IOException 创建非绑定服务器套接字。

创建非绑定服务器套接字。 如果ServerSocket构造方法没有抛出异常,就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口,并且侦听客户端请求。

这里有一些ServerSocket类的常用方法:

序号 方法 描述
1 public int getLocalPort() 返回此套接字在其上侦听的端口。
2 public Socket accept() throws IOException 侦听并接受到此套接字的连接。
3 public void setSoTimeout(int timeout) 通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT,以毫秒为单位。
4 public void bind(SocketAddress host, int backlog) 将 ServerSocket 绑定到特定地址(IP 地址和端口号)。

Socket 类的方法

java.net.Socket类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个Socket对象通过实例化 ,而 服务器获得一个Socket对象则通过accept()方法的返回值。

Socket类有五个构造方法.

序号 方法 描述
1 public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
2 public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
3 public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。
4 public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
5 public Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

当Socket构造方法返回,并没有简单的实例化了一个Socket对象,它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。

下面列出了一些感兴趣的方法,注意客户端和服务器端都有一个Socket对象,所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。

序号 方法
1 public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException 将此套接字连接到服务器,并指定一个超时值。
2 public InetAddress getInetAddress() 返回套接字连接的地址。
3 public int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。
4 public int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。
5 public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址,如果未连接则返回 null。
6 public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。
7 public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。
8 public void close() throws IOException 关闭此套接字。

InetAddress 类的方法

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了Socket编程时比较有用的方法:

序号 方法 描述
1 static InetAddress getByAddress(byte[] addr) 在给定原始 IP 地址的情况下,返回 InetAddress 对象。
2 static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) 根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。
3 static InetAddress getByName(String host) 在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
4 String getHostAddress() 返回 IP 地址字符串(以文本表现形式)。
5 String getHostName() 获取此 IP 地址的主机名。
6 static InetAddress getLocalHost() 返回本地主机。
7 String toString() 将此 IP 地址转换为 String。

Socket 客户端实例

如下的GreetingClient 是一个客户端程序,该程序通过socket连接到服务器并发送一个请求,然后等待一个响应。

// 文件名 GreetingClient.java

import java.net.*;
import java.io.*;

public class GreetingClient
{
   public static void main(String [] args)
   {
      String serverName = args[0];
      int port = Integer.parseInt(args[1]);
      try
      {
         System.out.println("Connecting to " + serverName
                             + " on port " + port);
         Socket client = new Socket(serverName, port);
         System.out.println("Just connected to "
                      + client.getRemoteSocketAddress());
         OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
         DataOutputStream out =
                       new DataOutputStream(outToServer);

         out.writeUTF("Hello from "
                      + client.getLocalSocketAddress());
         InputStream inFromServer = client.getInputStream();
         DataInputStream in =
                        new DataInputStream(inFromServer);
         System.out.println("Server says " + in.readUTF());
         client.close();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

Socket 服务端实例

如下的GreetingServer 程序是一个服务器端应用程序,使用Socket来监听一个指定的端口。

// 文件名 GreetingServer.java

import java.net.*;
import java.io.*;

public class GreetingServer extends Thread
{
   private ServerSocket serverSocket;

   public GreetingServer(int port) throws IOException
   {
      serverSocket = new ServerSocket(port);
      serverSocket.setSoTimeout(10000);
   }

   public void run()
   {
      while(true)
      {
         try
         {
            System.out.println("Waiting for client on port " +
            serverSocket.getLocalPort() + "...");
            Socket server = serverSocket.accept();
            System.out.println("Just connected to "
                  + server.getRemoteSocketAddress());
            DataInputStream in =
                  new DataInputStream(server.getInputStream());
            System.out.println(in.readUTF());
            DataOutputStream out =
                 new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            out.writeUTF("Thank you for connecting to "
              + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
            server.close();
         }catch(SocketTimeoutException s)
         {
            System.out.println("Socket timed out!");
            break;
         }catch(IOException e)
         {
            e.printStackTrace();
            break;
         }
      }
   }
   public static void main(String [] args)
   {
      int port = Integer.parseInt(args[0]);
      try
      {
         Thread t = new GreetingServer(port);
         t.start();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

编译以上 java 代码,并执行以下命令来启动服务,使用端口号为 6066:

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...

像下面一样开启客户端:

$ java GreetingClient localhost 6066
Connecting to localhost on port 6066
Just connected to localhost/127.0.0.1:6066
Server says Thank you for connecting to /127.0.0.1:6066
Goodbye!
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