Java网络编程

最新推荐文章于 2023-10-18 23:50:04 发布

xiaoxingdev

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分类专栏： Java高级教程

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网络编程是指编写运行在对个设备（常指计算机）的程序，这些设备通过网络连接起来。

JavaSE的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。

Socket编程

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

当连接建立时，服务器会创建有个Socket对象。客户端和服务器就可以通过对Socket对象的写入和读取来进行通信。

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

两台计算机之间使用套接字建立TCP连接的步骤如下：

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()方法一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口；
服务器等待客户端实例化一个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流进行通信，每一个socket都有一个输入流和一个输出流，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。一下是一些类提供的一套完整的方法来实现socket通信：

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。

下面将编写一个简单的Java网络通信程序：

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。

GreetingClient.java 文件代码：

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

public class GreetingClient {
    public static void main(String[] args) {
        String serverName = args[0];
        int port = Integer.parseInt(args[1]);
        try {
            System.out.println("连接到主机：" + serverName + "，端口号：" + port);
            Socket client = new Socket(serverName, port);
            System.out.println("远程主机地址：" + client.getRemoteSocketAddress());
            OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);
            // 向服务器发送数据
            out.writeUTF("Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
            // 监听服务器的响应
            InputStream inFromServer = client.getInputStream();
            DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
            System.out.println("服务器响应：" + in.readUTF());
            client.close();
        } catch (IOException e) {
            //TODO: handle exception
        }
    }
}

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。

GreetingServer.java 文件代码：

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

public class GreetingServer {
    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("等待远程连接，端口号为：" + serverSocket.getLocalPort() + "...");
                Socket server = serverSocket.accept();
                System.out.println("远程主机地址：" + server.getRemoteSocketAddress());
                DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream());
                System.out.println(in.readUTF());
                DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
                out.writeUTF("谢谢连接我：" + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
                server.close();
            } catch (SocketTimeoutException e) {
                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 {
            GreetingServer greetingServer = new GreetingServer(port);
            greetingServer.run();
       }catch(IOException e) {
          e.printStackTrace();
       }
    }
}