Java 网络编程

作者: Arvin Chen 分类: Java 来源: Break易站(www.breakyizhan.com)

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。详细了解计算机网络在:计算机网络基础部分

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

Java的网络编程主要涉及到的内容是Socket编程,那么什么是Socket呢?简单地说,Socket,套接字,就是两台主机之间逻辑连接的端点。TPC/IP协议是传输层协议,主要解决数据如何在网络中传输,而HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据。Socket,本质上就是一组接口,是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。

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 socket。

整体流程

Socket编程主要涉及到客户端和服务器端两个方面,首先是在服务器端创建一个服务器套接字(ServerSocket),并把它附加到一个端口上,服务器从这个端口监听连接。端口号的范围是0到65536,但是0到1024是为特权服务保留的端口号,我们可以选择任意一个当前没有被其他进程使用的端口。

客户端请求与服务器进行连接的时候,根据服务器的域名或者IP地址,加上端口号,打开一个套接字。当服务器接受连接后,服务器和客户端之间的通信就像输入输出流一样进行操作。

实例一

下面是一个客户端和服务器端进行数据交互的简单例子,客户端输入正方形的边长,服务器端接收到后计算面积并返回给客户端,通过这个例子可以初步对Socket编程有个把握。

服务器端

public class SocketServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 端口号
        int port = 7000;
        // 在端口上创建一个服务器套接字
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        // 监听来自客户端的连接
        Socket socket = serverSocket.accept();

        DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));

        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));

        do {

            double length = dis.readDouble();
            System.out.println("服务器端收到的边长数据为:" + length);
            double result = length * length;
            dos.writeDouble(result);
            dos.flush();

        } while (dis.readInt() != 0);

        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客户端

public class SocketClient {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {

        int port = 7000;

        String host = "localhost";

        // 创建一个套接字并将其连接到指定端口号
        Socket socket = new Socket(host, port);

        DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));

        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));

        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        boolean flag = false;

        while (!flag) {

            System.out.println("请输入正方形的边长:");
            double length = sc.nextDouble();

            dos.writeDouble(length);
            dos.flush();

            double area = dis.readDouble();

            System.out.println("服务器返回的计算面积为:" + area);

            while (true) {

                System.out.println("继续计算?(Y/N)");

                String str = sc.next();

                if (str.equalsIgnoreCase("N")) {
                    dos.writeInt(0);
                    dos.flush();
                    flag = true;
                    break;
                } else if (str.equalsIgnoreCase("Y")) {
                    dos.writeInt(1);
                    dos.flush();
                    break;
                }
            }
        }

        socket.close();
    }
}

实例二

可以看到上面的服务器端程序和客户端程序是一对一的关系,为了能让一个服务器端程序能同时为多个客户提供服务,可以使用多线程机制,每个客户端的请求都由一个独立的线程进行处理。下面是改写后的服务器端程序。

public class SocketServerM {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        int port = 7000;
        int clientNo = 1;

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);

        // 创建线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

        try {

            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                exec.execute(new SingleServer(socket, clientNo));
                clientNo++;
            }

        } finally {
            serverSocket.close();
        }

    }
}

class SingleServer implements Runnable {

    private Socket socket;
    private int clientNo;

    public SingleServer(Socket socket, int clientNo) {
        this.socket = socket;
        this.clientNo = clientNo;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {

            DataInputStream dis = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(socket.getInputStream()));

            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                    new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()));

            do {

                double length = dis.readDouble();
                System.out.println("从客户端" + clientNo + "接收到的边长数据为:" + length);
                double result = length * length;
                dos.writeDouble(result);
                dos.flush();

            } while (dis.readInt() != 0);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("与客户端" + clientNo + "通信结束");
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

上面改进后的服务器端代码可以支持不断地并发响应网络中的客户请求。关键的地方在于多线程机制的运用,同时利用线程池可以改善服务器程序的性能。

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 方法描述
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。
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