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Java 网络编程

📦 本文以及示例源码已归档在 javacore

关键词：Socket、ServerSocket、DatagramPacket、DatagramSocket

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 包中提供了低层次的网络通信细节。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。

一、Socket 和 ServerSocket

套接字（Socket）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。

Java 通过 Socket 和 ServerSocket 实现对 TCP 的支持。Java 中的 Socket 通信可以简单理解为：java.net.Socket 代表客户端，java.net.ServerSocket 代表服务端，二者可以建立连接，然后通信。

以下为 Socket 通信中建立建立的基本流程：

  • 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示服务器绑定一个端口。
  • 服务器调用 ServerSocket 的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器的绑定端口（即监听端口）。
  • 服务器监听端口时，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，该引用连接到客户端的 Socket 。

连接建立后，可以通过使用 IO 流进行通信。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

服务器程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口，并且监听客户端请求连接此端口的请求。

ServerSocket 构造方法

ServerSocket 有多个构造方法：

方法 描述
ServerSocket() 创建非绑定服务器套接字。
ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
ServerSocket(int port, int backlog) 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。
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) 使用指定的端口、监听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

ServerSocket 常用方法

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：

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

Socket

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 a 的返回值。

Socket 构造方法

Socket 类有 5 个构造方法：

方法 描述
Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字
Socket(String host, int port) 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。
Socket(InetAddress host, int port) 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。
Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) 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。
Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) 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。

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。

Socket 常用方法

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。

方法 描述
void connect(SocketAddress host, int timeout) 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。
InetAddress getInetAddress() 返回套接字连接的地址。
int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。
int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。
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。
InputStream getInputStream() 返回此套接字的输入流。
OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流。
void close() 关闭此套接字。

Socket 通信示例

服务端示例：

public class HelloServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Socket 服务端
        // 服务器在8888端口上监听
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        System.out.println("服务器运行中，等待客户端连接。");
        // 得到连接，程序进入到阻塞状态
        Socket client = server.accept();
        // 打印流输出最方便
        PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
        // 向客户端输出信息
        out.println("hello world");
        client.close();
        server.close();
        System.out.println("服务器已向客户端发送消息，退出。");
    }

}

客户端示例：

public class HelloClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Socket 客户端
        Socket client = new Socket("localhost", 8888);
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(client.getInputStream());
        // 一次性接收完成
        BufferedReader buf = new BufferedReader(inputStreamReader);
        String str = buf.readLine();
        buf.close();
        client.close();
        System.out.println("客户端接收到服务器消息：" + str + "，退出");
    }

}

二、DatagramSocket 和 DatagramPacket

Java 通过 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现对 UDP 协议的支持。

  • DatagramPacket：数据包类
  • DatagramSocket：通信类

UDP 服务端示例：

public class UDPServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception { // 所有异常抛出
        String str = "hello World!!!";
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(3000); // 服务端在3000端口上等待服务器发送信息
        DatagramPacket dp =
            new DatagramPacket(str.getBytes(), str.length(), InetAddress.getByName("localhost"), 9000); // 所有的信息使用buf保存
        System.out.println("发送信息。");
        ds.send(dp); // 发送信息出去
        ds.close();
    }

}

UDP 客户端示例：

public class UDPClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception { // 所有异常抛出
        byte[] buf = new byte[1024]; // 开辟空间，以接收数据
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(9000); // 客户端在9000端口上等待服务器发送信息
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, 1024); // 所有的信息使用buf保存
        ds.receive(dp); // 接收数据
        String str = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()) + "from " + dp.getAddress().getHostAddress() + "："
            + dp.getPort();
        System.out.println(str); // 输出内容
    }

}

三、InetAddress

InetAddress 类表示互联网协议(IP)地址。

没有公有的构造函数，只能通过静态方法来创建实例。

InetAddress.getByName(String host);
InetAddress.getByAddress(byte[] address);

四、URL

可以直接从 URL 中读取字节流数据。

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

    URL url = new URL("http://www.baidu.com");

    /* 字节流 */
    InputStream is = url.openStream();

    /* 字符流 */
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");

    /* 提供缓存功能 */
    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }

    br.close();
}

参考资料