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Java 網絡編程

網絡編程是指編寫運行在多個設備(計算機)的程序,這些設備都通過網絡連接起來。

java.net包中J2SE的API包含有類和接口,它們提供低層次的通信細節。 你可以直接使用這些類和接口,來專注於解決問題,而不用關注通信細節。

java.net包中提供了兩種常見的網絡協議的支持:

  • TCP : TCP是傳輸控制協議的縮寫,它保障了兩個應用程序之間的可靠通信。 通常用於互聯網協議,被稱TCP / IP。
  • UDP :UDP是用戶數據報協議的縮寫,一個無連接的協議。 提供了應用程序之間要發送的數據的數據包。

本教程主要講解以下兩個主題。

  • Socket 編程 :這是使用最廣泛的網絡概念,它已被解釋地非常詳細
  • URL 處理 :這部分會在另外的篇幅裡講,點擊這裡更詳細地了解在Java語言中的URL處理

Socket 編程

套接字使用TCP提供了兩台計算機之間的通信機制。 客戶端程序創建一個套接字,並嘗試連接服務器的套接字。

當連接建立時,服務器會創建一個Socket對象。 客戶端和服務器現在可以通過對Socket對象的寫入和讀取來進行進行通信。

java.net.Socket類代表一個套接字,並且java.net.ServerSocket類為服務器程序提供了一種來監聽客戶端,並與他們建立連接的機制。

以下步驟在兩台計算機之間使用套接字建立TCP連接時會出現:

  • 服務器實例化一個ServerSocket對象,表示通過服務器上的端口通信。
  • 服務器調用 ServerSocket類 的accept()方法,該方法將一直等待,直到客戶端連接到服務器上給定的端口。
  • 服務器正在等待時,一個客戶端實例化一個Socket對象,指定服務器名稱和端口號來請求連接。
  • Socket類的構造函數試圖將客戶端連接到指定的服務器和端口號。 如果通信被建立,則在客戶端創建一個Socket對象能夠與服務器進行通信。
  • 在服務器端,accept()方法返回服務器上一個新的socket引用,該socket連接到客戶端的socket。

連接建立後,通過使用I/O流在進行通信。 每一個socket都有一個輸出流和一個輸入流。 客戶端的輸出流連接到服務器端的輸入流,而客戶端的輸入流連接到服務器端的輸出流。

TCP是一個雙向的通信協議,因此數據可以通過兩個數據流在同一時間發送.以下是一些類提供的一套完整的有用的方法來實現sockets。


ServerSocket 類的方法

服務器應用程序通過使用java.net.ServerSocket類以獲取一個端口,並且偵聽客戶端請求。

ServerSocket類有四個構造方法:

序號 方法描述
1 public ServerSocket(int port) throws IOException
創建綁定到特定端口的服務器套接字。
2 public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
利用指定的backlog 創建服務器套接字並將其綁定到指定的本地端口號。
3 public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException
使用指定的端口、偵聽backlog 和要綁定到的本地IP 地址創建服務器。
4 public ServerSocket() throws IOException
創建非綁定服務器套接字。

創建非綁定服務器套接字。 如果ServerSocket構造方法沒有拋出異常,就意味著你的應用程序已經成功綁定到指定的端口,並且偵聽客戶端請求。

這裡有一些ServerSocket類的常用方法:

序號 方法描述
1 public int getLocalPort()
返回此套接字在其上偵聽的端口。
2 public Socket accept() throws IOException
偵聽並接受到此套接字的連接。
3 public void setSoTimeout(int timeout)
通過指定超時值啟用/禁用SO_TIMEOUT,以毫秒為單位。
4 public void bind(SocketAddress host, int backlog)
將 ServerSocket 綁定到特定地址(IP 地址和端口號)。

Socket 類的方法

java.net.Socket類代表客戶端和服務器都用來互相溝通的套接字。 客戶端要獲取一個Socket對象通過實例化,而服務器獲得一個Socket對象則通過accept()方法的返回值。

Socket類有五個構造方法.

序號 方法描述
1 public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException.
創建一個流套接字並將其連接到指定主機上的指定端口號。
2 public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException
創建一個流套接字並將其連接到指定IP 地址的指定端口號。
3 public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
創建一個套接字並將其連接到指定遠程主機上的指定遠程端口。
4 public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
創建一個套接字並將其連接到指定遠程地址上的指定遠程端口。
5 public Socket()
通過系統默認類型的SocketImpl 創建未連接套接字

當Socket構造方法返回,並沒有簡單的實例化了一個Socket對象,它實際上會嘗試連接到指定的服務器和端口。

下面列出了一些感興趣的方法,注意客戶端和服務器端都有一個Socket對象,所以無論客戶端還是服務端都能夠調用這些方法。

序號 方法描述
1 public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException
將此套接字連接到服務器,並指定一個超時值。
2 public InetAddress getInetAddress()
返回套接字連接的地址。
3 public int getPort()
返回此套接字連接到的遠程端口。
4 public int getLocalPort()
返回此套接字綁定到的本地端口。
5 public SocketAddress getRemoteSocketAddress()
返回此套接字連接的端點的地址,如果未連接則返回 null。
6 public InputStream getInputStream() throws IOException
返回此套接字的輸入流。
7 public OutputStream getOutputStream() throws IOException
返回此套接字的輸出流。
8 public void close() throws IOException
關閉此套接字。

InetAddress 類的方法

這個類表示互聯網協議(IP)地址。 下面列出了Socket編程時比較有用的方法:

序號 方法描述
1 static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
在給定原始IP 地址的情況下,返回 InetAddress 對象。
2 static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)
根據提供的主機名和IP 地址創建InetAddress。
3 static InetAddress getByName(String host)
在給定主機名的情況下確定主機的IP 地址。
4 String getHostAddress()
返回IP 地址字符串(以文本表現形式)。
5 String getHostName()
獲取此IP 地址的主機名。
6 static InetAddress getLocalHost()
返回本地主機。
7 String toString()
將此IP 地址轉換為 String。

Socket 客戶端實例

如下的GreetingClient 是一個客戶端程序,該程序通過socket連接到服務器並發送一個請求,然後等待一個響應。

// 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 服務端實例

如下的GreetingServer 程序是一個服務器端應用程序,使用Socket來監聽一個指定的端口。

// 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();
      }
   }
}

編譯以上java 代碼,並執行以下命令來啟動服務,使用端口號為6066:

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...
像下面一樣開啟客戶端:
$ 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!