Java 网络编程

发表于 2020-02-19 更新于 2024-01-27 分类于 Java ， JavaSE ， IO 本文字数： 5k 阅读时长 ≈ 5 分钟

Java 网络编程

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。

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");
    }

}

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
    }

}

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。

1 2	InetAddress.getByName(String host); InetAddress.getByAddress(byte[] address);

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

Java 网络编程