Java学习总结之网络操作

作者: Steven1997 | 来源:发表于2018-09-23 17:54 被阅读55次

概述

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 J2SE 的 API 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。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支持下列常用网络操作：

InetAddress：用于表示网络上的硬件资源，即 IP 地址；
URL：统一资源定位符；
Socket：使用 TCP 协议实现网络通信。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。
Datagram：使用 UDP 协议实现网络通信。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。

下面我们分别来学习：

InetAddress

java.net.InetAddress类是Java对IP地址（包括IPv4和IPv6）的高层表示。大多数其他网络类都要用到这个类，包括Socket，ServerSocket，URL，DatagramSocket，DatagramPacket等。一般地讲，它包括一个主机名和一个IP地址。
主机名到 IP 地址的解析通过使用本地机器配置信息和网络命名服务（如域名系统（Domain Name System，DNS）和网络信息服务（Network Information Service，NIS））来实现。
反向名称解析意味着对于任何 IP 地址，都返回与 IP 地址关联的主机。
InetAddress 类提供将主机名解析为其 IP 地址（或反之）的方法。

static InetAddress[] getAllByName(String host)
在给定主机名的情况下，根据系统上配置的名称服务返回所有的 IP 地址。
static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。
static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)
根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。
static InetAddress getByName(String host)
在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
String getCanonicalHostName()
获取此 IP 地址的完全限定域名。
String getHostAddress()
返回 IP 地址字符串，比如192.168.1.1
String getHostName()
获取此 IP 地址的主机名。比如 www.baidu.com
static InetAddress getLocalHost()
返回本地主机。
boolean isReachable(int timeout)
测试是否可以达到该地址。

URL

URL（Uniform Resource Locator）中文名为统一资源定位符，有时也被俗称为网页地址。表示为互联网上的资源，如网页或者FTP地址。
URL可以分为如下几个部分：
protocol://host:port/path?query#fragment
实例：http://www.runoob.com/index.html?language=cn#j2se

URL 各部分解析：
protocol(协议)：可以是 http、https、ftp 、file等，上面例子是http
host(主机)：www.runoob.com
port(端口号)：80 ，以上URL实例并未指定端口，因为 HTTP 协议默认的端口号为 80。
path(文件路径)：/index.html
query(请求参数)：language=cn
fragment(定位位置)：j2se，定位到网页中 id 属性为 j2se 的 HTML 元素位置。

URL 类方法

在java.net包中定义了URL类，该类用来处理有关URL的内容。对于URL类的创建和使用，下面分别进行介绍。
java.net.URL提供了丰富的URL构建方式，并可以通过java.net.URL来获取资源。

URL类中包含了很多方法用于访问URL的各个部分，具体方法及描述如下：

以上实例演示了使用java.net的URL类获取URL的各个部分参数：
URLDemo.java

import java.net.*;
import java.io.*;
 
public class URLDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      try
      {
         URL url = new URL("http://www.runoob.com/index.html?language=cn#j2se");
         System.out.println("URL 为：" + url.toString());
         System.out.println("协议为：" + url.getProtocol());
         System.out.println("验证信息：" + url.getAuthority());
         System.out.println("文件名及请求参数：" + url.getFile());
         System.out.println("主机名：" + url.getHost());
         System.out.println("路径：" + url.getPath());
         System.out.println("端口：" + url.getPort());
         System.out.println("默认端口：" + url.getDefaultPort());
         System.out.println("请求参数：" + url.getQuery());
         System.out.println("定位位置：" + url.getRef());
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

结果如下:
URL 为：http://www.runoob.com/index.html?language=cn#j2se
协议为：http
验证信息：www.runoob.com
文件名及请求参数：/index.html?language=cn
主机名：www.runoob.com
路径：/index.html
端口：-1
默认端口：80
请求参数：language=cn
定位位置：j2se

URLConnections 类方法

openConnection() 返回一个 java.net.URLConnection。
例如：

如果你连接HTTP协议的URL, openConnection() 方法返回 HttpURLConnection 对象。
如果你连接的URL为一个 JAR 文件, openConnection() 方法将返回 JarURLConnection 对象。

URLConnection 方法列表如下：

以下实例中URL采用了HTTP 协议。 openConnection 返回HttpURLConnection对象，并通过该对象得到URL的输入流，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();
}

Socket 编程

套接字使用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。
当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。
java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。
以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

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，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。
服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 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 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，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 是一个全双工的通信协议，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 socket。

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：

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：

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：

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：

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

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("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);
 
         out.writeUTF("Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
         InputStream inFromServer = client.getInputStream();
         DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
         System.out.println("服务器响应： " + in.readUTF());
         client.close();
      }catch(IOException e)
      {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

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

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 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();
      }
   }
}

编译以上两个 java 文件代码，并执行以下命令来启动服务，使用端口号为 6066：

$ javac GreetingServer.java 
$ java GreetingServer 6066
等待远程连接，端口号为：6066...

新开一个命令窗口，执行以上命令来开启客户端：

$ javac GreetingClient.java 
$ java GreetingClient localhost 6066
连接到主机：localhost ，端口号：6066
远程主机地址：localhost/127.0.0.1:6066
服务器响应： 谢谢连接我：/127.0.0.1:6066
Goodbye!

Datagram

UDP和TCP的特点

用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）是无连接的，尽最大可能交付，没有拥塞控制，面向报文（对于应用程序传下来的报文不合并也不拆分，只是添加 UDP 首部），支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信，效率高但不可靠。事实上，可以用UDP实现一个可靠的文件传输协议，而且很多人确实是这样做的：网络文件系统，简单FTP都使用了UDP协议。在这些协议中由应用程序来负责可靠性。
传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）是面向连接的，提供可靠交付，有流量控制，拥塞控制，提供全双工通信，面向字节流（把应用层传下来的报文看成字节流，把字节流组织成大小不等的数据块），每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一），效率低但安全可靠。

java中对UDP编程的支持

java中的UDP实现分为两个类：DatagramPacket和 DatagramSocket。DatagramPacket类将数据字节填充到UDP包中，这称为数据报。 DatagramSocket来发送这个包。要接受数据，可以从DatagramSocket中接受一个 DatagramPack对象，然后从该包中读取数据的内容。
这种职责的划分与TCP使用的Socket和ServerSocket有所不同。首先，UDP没有两台主机间唯一连接的概念，它不需要知道对方是哪个远程主机。它可以从一个端口往多个主机发送信息，但是TCP是无法做到的。其次，TCP socket把网络连接看作是流：通过从Socket得到的输入和输出流来收发数据。UDP不支持这一点，你处理总是单个数据包。填充在一个数据报中的所有数据会以包的形式进行发送，这些数据要么作为一个组要么全部接收，要么全部丢弃。一个包不一定与下一个包相关。给定两个包，没有办法知道哪个先发哪个后发。对于流来说，必须提供数据的有序队列，与之不同，数据报会尽可能快的蜂拥到接收方。

DatagramSocket类

java.net.DatagramSocket 此类表示用来发送和接收数据报包的套接字

该类主要有下列构造方法：

DatagramSocket() 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) 创建数据报套接字，将其绑定到指定的地址。

常用的方法:

send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包。
receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报包。
close() 关闭此数据报套接字。

DatagramPacket类

此类表示数据报包。

构造方法(因为UDP是无连接的，所以在用于发送的数据包中附加目的地址，而用于接收的数据包不用加地址信息)：

DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)
构造数据报包，用来将长度为 length 偏移量为 offset 的包发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。

DatagramSocket 客户端实例

UDPClient.java

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.创建数据报套接字
            DatagramSocket datagramSocket =  new DatagramSocket(6666);
            //2.创建数据报包用于封装数据和目标地址
            String str="hello world!";
            byte[] content = str.getBytes();//将字符串转换为字节的数组
            DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(content, content.length,InetAddress.getLocalHost(), 9999);
            //3.调用send方法进行发送数据
            datagramSocket.send(datagramPacket);
            //4.释放资源
            datagramSocket.close();
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

DatagramSocket 服务端实例

UDPServer.java

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
/**
 * DatagramSocket(int port)
 * DatagramPacket(byte[] buf, int length)  构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。
 * DataPacket类中方法:
 *     getData() 返回数据缓冲区。
 *  getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。
 *  getPort() 返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的
 *  getAddress()返回某台机器的 IP 地址，此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
 * 
 */
public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.创建数据报套接字
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
            //2.创建一个数据报包
            byte[] content = new byte[1024];
            DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(content,content.length);
            //3.调用receive方法接收数据包
            socket.receive(datagramPacket);
            //4.从数据报包中获取数据
            byte[] data=  datagramPacket.getData();//获取数据报包中的数据
            int length = datagramPacket.getLength();//
            InetAddress ip = datagramPacket.getAddress();
            int port = datagramPacket.getPort();
            System.out.println("内容:"+new String(data,0,length));
            System.out.println("数据长度:"+length);
            System.out.println("发送方的IP地址:"+ip);
            System.out.println("发送方的端口号:"+port);
            //5.释放资源
            socket.close();
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

利用UDP实现聊天功能

UdpChatClient.java

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Scanner;

/**
 * 利用UDP实现聊天功能
 * @author Administrator
 *
 */
public class UdpChatClient {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("---------顾客---------");
        try {
            //1.创建数据报套接字
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);
            Scanner input = new Scanner(System.in);
            while(true){
                //2.获取用户输入
                String message = input.next();
                byte[] bs = message.getBytes();
                //3.创建数据报包
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bs, bs.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"),8888);
                //4.发送数据
                socket.send(packet);
                //接收数据
                byte[] bs2 = new byte[1024];
                DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(bs2, bs2.length);
                socket.receive(packet2);//接收数据
                byte[] serverMesage = packet2.getData();
                String str=new String(serverMesage,0,serverMesage.length);
                System.out.println("客服说:"+str);
                if(message.equals("bye")){
                    break;
                }
            }
            //释放资源
            socket.close();
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

UdpChatServer.java

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Scanner;

/**
 * 利用UDP实现聊天功能
 * @author Administrator
 *
 */
public class UdpChatServer {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("---------客服---------");
        try {
            //1.创建数据报套接字
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
            Scanner input = new Scanner(System.in);
            while(true){
                //接收数据
                byte[] bs2 = new byte[1024];
                DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(bs2, bs2.length);
                socket.receive(packet2);//接收数据
                byte[] serverMesage = packet2.getData();
                String str=new String(serverMesage,0,serverMesage.length);
                System.out.println("顾客说:"+str);
                
                //2.获取用户输入
                String message = input.next();
                byte[] bs = message.getBytes();
                //3.创建数据报包
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bs, bs.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"),6666);
                //4.发送数据
                socket.send(packet);
                if(message.equals("bye")){
                    break;
                }
            }
            //释放资源
            socket.close();
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}