Java 網路編程

網路編程是指編寫運行在多個設備（電腦）的程式，這些設備都通過網路連接起來。

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有類和介面，它們提供低層次的通信細節。你可以直接使用這些類和介面，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路協議的支持：

  • TCP：TCP 是傳輸控制協議的縮寫，它保障了兩個應用程式之間的可靠通信。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。提供了應用程式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路概念，它已被解釋地非常詳細。

  • URL 處理：這部分會在另外的篇幅裏講，點擊這裏更詳細地瞭解在 Java 語言中的 URL 處理。

Socket 編程

套接字使用TCP提供了兩臺電腦之間的通信機制。 客戶端程式創建一個套接字，並嘗試連接伺服器的套接字。

當連接建立時，伺服器會創建一個 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通信。

java.net.Socket 類代表一個套接字，並且 java.net.ServerSocket 類為伺服器程式提供了一種來監聽客戶端，並與他們建立連接的機制。

以下步驟在兩臺電腦之間使用套接字建立TCP連接時會出現：

  • 伺服器實例化一個 ServerSocket 對象，表示通過伺服器上的端口通信。

  • 伺服器調用 ServerSocket 類的 accept() 方法，該方法將一直等待，直到客戶端連接到伺服器上給定的端口。

  • 伺服器正在等待時，一個客戶端實例化一個 Socket 對象，指定伺服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伺服器和端口號。如果通信被建立，則在客戶端創建一個 Socket 對象能夠與伺服器進行通信。

  • 在伺服器端，accept() 方法返回伺服器上一個新的 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伺服器端的輸入流，而客戶端的輸入流連接到伺服器端的輸出流。

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 socket。

ServerSocket 類的方法

伺服器應用程式通過使用 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伺服器套接字。
2 public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
利用指定的 backlog 創建伺服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 地址創建伺服器。
4 public ServerSocket() throws IOException
創建非綁定伺服器套接字。

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

這裏有一些 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 伺服器獲得一個 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伺服器和端口。

下麵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
將此套接字連接到伺服器，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。下麵列出了 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 是一個客戶端程式，該程式通過 socket 連接到伺服器併發送一個請求，然後等待一個回應。

GreetingClient.java 檔代碼：

// 檔案名 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("連接到主機：" + serverName + " ，端口號：" + port); Socket client = new Socket(serverName, port); System.out.println("遠程主機地址：" + 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("伺服器回應： " + in.readUTF()); client.close(); }catch(IOException e) { e.printStackTrace(); } } }

Socket 服務端實例

如下的GreetingServer 程式是一個伺服器端應用程式，使用 Socket 來監聽一個指定的端口。

GreetingServer.java 檔代碼：

// 檔案名 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("等待遠程連接，端口號為：" + serverSocket.getLocalPort() + "..."); Socket server = serverSocket.accept(); System.out.println("遠程主機地址：" + server.getRemoteSocketAddress()); DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream()); System.out.println(in.readUTF()); DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream()); out.writeUTF("謝謝連接我：" + 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.run(); }catch(IOException e) { e.printStackTrace(); } } }

編譯以上兩個 java 檔代碼，並執行以下命令來啟動服務，使用端口號為 6066：

$ javac GreetingServer.java
$ java GreetingServer 6066
等待遠程連接，端口號為：6066...

新開一個命令窗口，執行以上命令來開啟客戶端：

$ javac GreetingClient.java
$ java GreetingClient localhost 6066
連接到主機：localhost ，端口號：6066
遠程主機地址：localhost/127.0.0.1:6066
伺服器回應： 謝謝連接我：/127.0.0.1:6066
Goodbye!