Java 开发实践 网络编程 详解

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我们先来看看计算机网络主要功能：资源共享；信息传输和集中处理；负载均衡和分布处理；综合信息服务。
实际上Java的网络编程就是服务器通过ServerSocket建立监听，客户端通过Socket连接到指定服务器后，通信双方就可以通过IO流进行通信了。

1.认识网络编程

计算机网络中实现通信的约定被称为通信协议，通信协议负责对传输速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定处理标准。
计算机网络的OSI模型（各种计算机网络的参考标准）如下：

1.上层协议

http，ftp，https

2.底层协议

TCP/IPIP（Internet Protocol，互联网协议）：支持网间互联的数据报协议。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：安全度更高，一般没有数据丢失。UDP：效率更快，安全性相对低，可能会有数据丢失。拓展： HTTP头：只是在TCP协议里面附带的一段内容。

通信协议组成：语义部分、语法部分、变换规则。
总结：所谓的协议就是在数据传输基础上封装自己的文本内容。

3.Java里的TCP/IP实现——Socket

Socket实现了TCP/IP，TCP/IP只是一份文档，各个不同的语言根据自己的需求对这个协议进行不同的解析，而在JAVA里对TCP/IP的解析实现就是Socket。

4.IP地址和端口号

IP地址：32位整数（4个8位二进制数），NIC统一负责全球IP地址的规划、管理，而Intel NIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其他地区的IP地址分配，APNIC（总部在日本东京大学）负责亚太地区的IP管理，我国申请IP地址也要通过APNIC。
IP地址被分为A、B、C、D、E五类：

A类：10.0.0.0-10.255.255.255B类：172.16.0.0-172.31.255.255C类：192.168.0.0-192.168.255.255端口号：16位整数，0-65535公认端口：0-1023注册端口：1024-49151动态和私有端口：49152-65535

2.Java的网络支持

java.net包下URL和URLConnection等类提供了以编程方式访问web服务的功能，URLDecoder和URLEncoder提供了普通字符串和application/x-www-form-urlencoded MIME字符串相互转换的静态方法。

1.InetAddress

Java提供了InetAddress类表示IP地址：

public class InetAddressTest {    public static void main(String[] args) throws Exception {        InetAddress ip = InetAddress.getByName("www.baidu.com"); // 根据主机名来获取对应的InetAddress实例        System.out.println("baidu是否可达：" + ip.isReachable(2000)); // 判断是否可达        System.out.println(ip.getHostAddress()); // 获取该InetAddress实例的IP字符串        InetAddress local = InetAddress.getByAddress(new byte[]{127,0,0,1}); // 根据原始IP地址来获取对应的InetAddress实例        System.out.println("本机是否可达：" + local.isReachable(5000));        System.out.println(local.getCanonicalHostName()); // 获取该InetAddress实例对应的全限定域名    }}

2.URLDecoder和URLEncoder

用于普通字符串和application/x-www-form-urlencoded MIME字符串之间的相互转换。

public class URLDecoderTest {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 将application/x-www-form-urlencoded字符串转换成普通字符串        String keyWord = URLDecoder.decode("CSDN%E5%8D%9A%E5%AE%A2", "utf-8");        System.out.println(keyWord);        // 将普通字符串转换成application/x-www-form-urlencoded字符串        String urlStr = URLEncoder.encode("CSDN博客" , "utf-8");        System.out.println(urlStr);    }    /**     * 运行结果：     * CSDN博客     * CSDN%B2%A9%BF%CD     */}

3.URL、URLConnection和URLPermission

URL：统一资源定位符，包含一个可打开到达该资源的输入流。
Java中还提供了URI：统一资源标识符，不能用于定位任何资源，只能解析，URL是URI的特例。
URLConnection：应用程序与URL之间的通信连接
HttpURLConnection：URL与URL之间的HTTP连接
程序可以通过URLConnection实例向URL发送请求、读取URL引用的资源。
如果既要使用输入流读取URLConnection响应的内容，又要使用输出流发送请求参数，则一定要先使用输出流，再使用输入流。

URL url = new URL(path); // // path：定义下载资源的路径HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();conn.setConnectTimeout(5000); // 设置超时时间conn.setRequestMethod("GET"); // 设置请求方法//设置通讯的头部信息,设置访问方式等conn.setRequestProperty("Accept-Language", "zh-CN");conn.setRequestProperty("Charset", "UTF-8");conn.connect(); // 建立实际的连接

下面程序示范了向Web站点发送GET请求、POST请求，并从Web站点取得响应：

public class GetPostTest {    /**     * 测试发送GET请求和POST请求     * @param args     */    public static void main(String args[]) {        // 发送GET请求        String s = GetPostTest.sendGet("http://localhost:8888/GetPostServer/test.jsp", null);        System.out.println(s);        // 发送POST请求        String s1 = GetPostTest.sendPost("http://localhost:8888/GetPostServer/login.jsp", "name=zhangsan&pass=123");        System.out.println(s1);    }    /**     * 向指定URL发送GET方法的请求     * @param url 发送请求的URL     * @param param 请求参数，格式满足name1=value1&name2=value2的形式     * @return URL所代表远程资源的响应     */    public static String sendGet(String url , String param) {        String result = "";        String urlName = url + "?" + param;        try {            URL realUrl = new URL(urlName);            URLConnection conn = realUrl.openConnection(); // 打开和URL之间的连接            // 设置通用的请求属性            conn.setRequestProperty("accept", "*/*");            conn.setRequestProperty("connection", "Keep-Alive");            conn.setRequestProperty("user-agent", "Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1)");            conn.connect(); // 建立实际的连接            Map<String, List<String>> map = conn.getHeaderFields(); // 获取所有响应头字段            // 遍历所有的响应头字段            for (String key : map.keySet()) {                System.out.println(key + "=" + map.get(key));            }            try(                // 定义BufferedReader输入流来读取URL的响应                BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream() , "utf-8")))            {                String line;                while ((line = in.readLine())!= null)                {                    result += "\n" + line;                }            }        } catch(Exception e) {            System.out.println("发送GET请求出现异常！" + e);            e.printStackTrace();        }        return result;    }    /**     * 向指定URL发送POST方法的请求     * @param url 发送请求的URL     * @param param 请求参数，格式应该满足name1=value1&name2=value2的形式     * @return URL所代表远程资源的响应     */    public static String sendPost(String url , String param) {        String result = "";        try {            URL realUrl = new URL(url);            URLConnection conn = realUrl.openConnection(); // 打开和URL之间的连接            // 设置通用的请求属性            conn.setRequestProperty("accept", "*/*");            conn.setRequestProperty("connection", "Keep-Alive");            conn.setRequestProperty("user-agent","Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1)");            // 发送POST请求必须设置如下两行            conn.setDoOutput(true);            conn.setDoInput(true);            try(                // 获取URLConnection对象对应的输出流                PrintWriter out = new PrintWriter(conn.getOutputStream()))            {                // 发送请求参数                out.print(param);                // flush输出流的缓冲                out.flush();            }            try(                // 定义BufferedReader输入流来读取URL的响应                BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream() , "utf-8")))            {                String line;                while ((line = in.readLine())!= null)                {                    result += "\n" + line;                }            }        } catch(Exception e) {            System.out.println("发送POST请求出现异常！" + e);            e.printStackTrace();        }        return result;    }}

Web站点如下：test.jsp：

<%@ page contentType="text/html; charset=UTF-8" language="java" errorPage="" %><!DOCTYPE><html><head>    <title> 测试页面 </title>    <meta name="website" content="http://www.crazyit.org"/></head><body>    服务器时间为：<%=new java.util.Date()%></body></html>

login.jsp：

<%@ page contentType="text/html; charset=UTF-8" language="java" errorPage="" %><%request.setCharacterEncoding("UTF-8");String name = request.getParameter("name");String pass = request.getParameter("pass");if(name.equals("zhangsan")&& pass.equals("123")) {    out.println("登录成功！");} else {    out.println("登录失败！");}%>

3.基于TCP协议的网络编程

TCP/IP协议是一种可靠协议，它在通信两端各建立一个Socket，从而在通信两端之间形成网络虚拟链路进行通信，Java使用Socket对象来代表两端的通信接口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信。

1.使用ServerSocket创建TCP服务端

// 创建一个ServerSocket，监听客户端Socket的连接请求ServerSocket socket = new ServerSocket(10000); // 端口号推荐使用1024以上// 采用循环不断的接受来自客户端的请求while(true){    Socket s = socket.accept();    // 下面就能使用Socket进行通信了    ...}

注意：每个TCP连接有两个Socket，当ServerSocket使用完毕后应使用ServerSocket的close()方法关闭该ServerSocket。

2.使用Socket进行通信

客户端可以使用Socket的构造方法了连接到指定服务器
Socket提供了如下两个方法来获取输入流和输出流：
InputStream getInputStream()：返回该Socket对象对应的输入流
OutputStream getOutputStream()：返回该Socket对象对应的输出流
Socket其他常用方法：
设置超时时长：setSoTimeout(int timeout)
为Socket连接服务器指定时长，Socket构造方法里没有提供指定时长的参数，所以需要使用下面代码进行操作：

// 创建一个无连接的SocketSocket socket = new Socket();// 让该Socket连接到远程服务器，如果经过10秒还没有连接上，则认为连接超时socket.connect(new InetAddress(host, port), 10000);

下面以最简单的网络通信为例说明基于TCP协议的网络通信。
服务器端：

public class Server {    public static void main(String[] args) throws IOException {        ServerSocket socket = new ServerSocket(10000);        while (true) {            Socket s = socket.accept();            PrintStream ps = new PrintStream(s.getOutputStream()); // 将Socket对应的输出流包装成PrintStream            ps.println("您收到了服务器的消息！"); // 进行普通IO操作            ps.close();            s.close();        }    }}

客户端：

public class Client {    public static void main(String[] args) throws IOException {        Socket socket = new Socket("127.0.0.1" , 10000);        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));        String line = br.readLine(); // 进行普通IO操作        System.out.println("来自服务器的数据：" + line);        br.close();        socket.close();    }}

4.基于UDP协议的网络编程

1.使用DatagramSocket发送、接受数据

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）：不可靠网络协议，面向非连接，通信效率较高。
UDP在通信两端各建立一个Socket，但这两个Socket之间并没有虚拟链路，这两个Socket只是发送、接受数据的对象。
Java提供了DatagramSocket（本身只是码头，不维护状态，不能产生IO流，唯一作用就是接受和发送数据报）作为基于UDP协议的Socket，使用DatagramPacket代表DatagramSocket发送、接受的数据报。
DatagramSocket发送和接受的数据都是通过DatagramPacket对象完成的。
UDP和TCP对比如下：
TCP：可靠，传输大小无限制，需要建立连接，差错控制开销大。
UDP：不可靠，传输大小限制在64KB以下，不需要建立连接，差错控制开销小。
接受数据：

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port); // port：端口号DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, length);socket.receive(packet); // 从DatagramPacket中接受数据报

发送数据：

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port); // port：端口号DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, length, address, port);socket.send(packet); // 以DatagramPacket对象向外发送数据报

2.使用MulticastSocket实现多点广播

DatagramSocket只允许数据报发送到指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播方式发送到多个客户端。
MulticastSocket继承于DatagramSocket
多点广播示意图如下：

创建MulticastSocket对象后还需要加入到指定的多点广播地址，MulticastSocket使用joinGroup(InetAddress multicastAddr)方法加入到指定组，使用leaveGroup(InetAddress multicastAddr)方法脱离一个组。

MulticastSocket用于发送、接受数据报的方法和DatagramSocket完全一样。但MulticastSocket多了一个setTimeToLive(int ttl)方法，ttl参数用于设置数据报最多可以跨过多少个网络（0：停留在本地主机；1：本地局域网；32：只能发送到本站点的网络上；64：保留在本地区；128：保留在本大洲；255：所有地方），默认1。

5.代理服务器

从Java5开始，java.net包下提供了Proxy（表示代理服务器）、ProxySelector（表示代理选择器）两个类。