Java学习总结之网络操作

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();
        }
        
    }
}