Java网络通信
计算机网络实现了多个计算机互联系统，相互连接的计算机之间彼此能够进行数据交流。网络应用程序就是在已连接的不同计算机上运行的程序，这些程序相互之间可以交换数据。而编写网络应用程序，首先必须明确网络应用程序所要使用的网络协议，TCP/IP协议是网络应用程序的首选。
1、网络程序设计基础
网络程序设计是指编写与其他计算机进行通信的程序。Java已经将网络程序所需要的东西封装成不同的类。只要创建这些类的对象，使用相应的方法，即使设计人员不具备有关网络知识，也可以编写高质量的网络通信程序。
1.1 局域网与因特网
服务器是指提供信息的计算机或程序，客户机是指请求信息的计算机或程序，而网络用于连接服务器与客户机，实现两者相互通信。但有时在某个网络中很难将服务器与客户机区分开。我们通常所说的“局域网”（Local Area Network，LAN），就是一群通过一定形式连接起来的计算机。它可以由两台计算机组成，也可以由同一区域内的上千台计算机组成。由LAN延伸到更大的范围，这样的网络称为“广域网”（Wide Area Network，WAN）。我们熟悉的因特网（Internet），则是由无数的LAN和WAN组成。
1.2 网络协议
网络协议规定了计算机之间连接的物理、机械（网线与网卡的连接规定）、电气（有效的电平范围）等特征以及计算机之间的相互寻址规则、数据发送冲突的解决、长的数据如何分段传送与接收等。就像不同的国家有不同的法律一样，目前网络协议也有多种，下面简单地介绍几个常用的网络协议。
IP协议：互联网协议（nternet Protocol）。
TCP协议：传输控制协议（Transmission Control Protocol）。
UDP协议：用户数据报协议（User Datagram Protocol）。
1.3 端口和套接字
一般而言，一台计算机只有单一的连到网络的“物理连接”（Physical Connection），所有的数据都通过此连接对内、对外送达特定的计算机。这就是端口。网络程序设计中的端口（port）并非真实的物理存在，而是一个假想的连接装置。端口被规定为一个在0~65535之间的整数。HTTP服务一般使用80端口，FTP服务使用21端口。假如一台计算机提供了HTTP、FTP等多种服务，那么客户机通过不同的端口来确定连接到服务器的哪项服务上。
网络程序中套接字（Socket）用于将应用程序与端口连接起来。套接字是一个假想的连接装置，就像插插头的设备“插座”，用于连接电器与电线。Java将套接字抽象化为类，程序设计者只需创建Socket类对象，即可使用套接字。
2、TCP程序设计基础
TCP程序设计是指利用Socket类编写通信程序。利用TCP协议进行通信的两个应用程序时有主次之分的，一个称为服务器程序，另一个称为客户机程序，两者的功能和编写方法大不一样。
2.1 InetAddress类
java.net包中InetAddress类是与IP地址相关的类，利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。
InetAddress类的常用方法：
| 方法 | 返回值 | 说明 |
|---|---|---|
| getByName(String host) | InetAddress | 获取与Host相对应的InetAddress对象 |
| getLocalHost() | InetAddress | 返回本地本机的InetAddress对象 |
| getHostName() | String | 获取此IP地址的主机名 |
| getHostAddress() | String | 获取InetAddress对象所包含的IP地址 |
示例：使用InetAddress对象获取本地主机的本机名、本机IP地址。
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
/**
* 使用InetAddress对象获取本地主机的本机名、本机IP地址
*
* @author pan_junbiao
*
*/
public class Address
{
public static void main(String[] args)
{
try
{
// 创建InetAddress对象
InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
// 获取本机名
String localName = ip.getHostName();
// 获取本机IP地址
String localIp = ip.getHostAddress();
System.out.println("本机名：" + localName);
System.out.println("本机IP地址：" + localIp);
} catch (UnknownHostException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
执行结果：
注意：InetAddress类的方法会抛出UnknownHostException异常，所以必须进行异常处理。这个异常在主机不存在或网络连接报错时发生。
2.2 ServerSocket类
java.net包中ServerSocket类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的“请求”，它可通过指定的端口来等待连接的套接字。服务器套接字一次可以与一个套接字连接。如果多台客户机同时提出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入列队中，然后从中取出一个套接字，与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接数大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。队列的默认大小是50。
ServerSocket类的构造方法都抛出IOException异常，分别有以下几种形式。
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 bindAddress)：使用指定的端口、侦听backlog和要绑定到的本地IP地址创建服务器。这种情况适用于计算机上有多块网卡和多个IP的情况，我们可以明确规定ServerSocket在哪块网卡或IP地址上等待客户的连接请求。
ServerSocket类的常用方法：
| 方法 | 返回值 | 说明 |
|---|---|---|
| accept() | Socket | 等待客户的连接。若连接，则创建一套接字 |
| isBound() | boolean | 判断ServerSocket的绑定状态 |
| getInetAddress() | InetAddress | 返回此服务器套接字的本地地址 |
| isClosed() | boolean | 返回服务器套接字的关闭状态 |
| close() | void | 关闭服务器套接字 |
| bind(SocketAddress endpoint) | void | 将ServerSocket绑定到特定地址（IP地址和端口号） |
| getLocalPort() | int | 返回服务器套接字等待的端口号 |
调用ServerSocket类的accept()方法会返回一个和客户端Socket对象连接的Socket对象，服务器端的Socket对象使用getOutputStream()方法获得的输出流将指向客户端Socket对象使用的getInputStream()方法获得的那个输入流；同样，服务器端的Socket对象使用的getInputStream()方法获得的输入流将指向客户端Socket对象使用的getOutputStream()方法获得的那个输出流。也就是说，当服务器向输出流写入信息时，客户端通过相应的输入流就能读取，反之亦然。
注意：accept()方法会阻塞线程的继续执行，直到接受到客户的呼叫。如果没有客户呼叫服务器，那么System.out.println("连接中")语句将不会执行。语句如果没有客户请求，accept()方法没有发生阻塞，肯定是程序出现了问题。通常是使用了一个还在被其它程序占用的端口号，ServerSocket绑定没有成功。
Socket yu = server.accept();
System.out.println("连接中");2.3 TCP网络程序
明白了TCP程序的工作过程，就可以编写TCP服务器程序了。在网络编程中如果只要求客户机向服务器发送消息，不用服务器向客户机发送消息，称为单向通信。客户机套接字和服务器套接字连接成功后，客户机通过输出流发送数据，而服务器会使用输入流接收数据。
示例：实现简单的单向通信功能。
（1）服务端：获取客户端信息。
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**
* 服务端：获取客户端信息
*
* @author pan_junbiao
*
*/
public class MyTcp
{
private BufferedReader reader;
private ServerSocket server;
private Socket socket;
private void getServer()
{
try
{
server = new ServerSocket(8998); // 实例化Socket对象
System.out.println("服务器套接字已经创建成功");
while (true)
{
System.out.println("等待客户机的连接...");
socket = server.accept();
reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
getClientMessage();
}
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
private void getClientMessage()
{
try
{
while (true)
{
// 获取客户端信息
System.out.println("客户机：" + reader.readLine());
}
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
try
{
if (reader != null)
{
// 关闭流
reader.close();
}
if (socket != null)
{
// 关闭套接字
socket.close();
}
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args)
{
MyTcp tcp = new MyTcp();
tcp.getServer();
}
}（2）客户端：发送信息至服务器端。
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Container;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.JTextField;
import javax.swing.border.BevelBorder;
/**
* 客户端：发送信息至服务器端
*
* @author pan_junbiao
*
*/
public class MyClient extends JFrame
{
private PrintWriter writer;
Socket socket;
private JTextArea ta = new JTextArea();
private JTextField tf = new JTextField();
Container cc;
// 构造方法
public MyClient(String title)
{
super(title);
cc = this.getContentPane();
final JScrollPane scrollPane = new JScrollPane();
scrollPane.setBorder(new BevelBorder(BevelBorder.RAISED));
cc.add(scrollPane, BorderLayout.CENTER);
scrollPane.setViewportView(ta);
cc.add(tf, BorderLayout.SOUTH); // 将文本框放在窗体的下部
tf.addActionListener(new ActionListener() {
// 绑定事件
public void actionPerformed(ActionEvent e)
{
// 将文本框中的信息写入流
writer.println(tf.getText());
// 将文本框中的信息显示在文本域中
ta.append(tf.getText() + '\n');
ta.setSelectionEnd(ta.getText().length());
tf.setText(""); // 将文本框清空
}
});
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
this.setSize(400, 200);
this.setLocationRelativeTo(null);
this.setVisible(true);
}
// 连接套接字方法
private void connect()
{
ta.append("尝试连接\n");
try
{
// 实例化Socket对象
socket = new Socket("127.0.0.1", 8998);
writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
ta.append("连接完成\n");
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args)
{
MyClient client = new MyClient("向服务器发送数据");
client.connect();
}
}服务端运行结果：
客户端运行结果：
3、UDP程序设计基础
用户数据报协议（UDP）是网络信息传输的另一种形式。基于UDP的通信和基于TCP的通信不同，基于UDP的信息传递更快，但不提供可靠的保证。使用UDP传递数据时，用户无法知道数据能否正确的到达主机，也不能确定到达目的地顺序是否和发送的顺序相同。虽然UDP是一种不可靠的协议，但如果需要较快地传递信息，并能容忍小的错误，可以考虑使用UDP。
基于UDP通信的基本模式如下：
（1）将数据打包（称为数据报），然后将数据报发往目的地。
（2）接受别人发来的数据包，然后查看数据包。
下面总结的UDP程序的步骤。
发送数据包：
（1）使用DatagramSocket()创建一个数据包套接字。
（2）使用DatagramPacket(byte[] buf , int length , InetAddress address , int port)创建要发送的数据包。
（3）使用DatagramSocket类的send(DatagramPacket p)方法发送数据包。
接受数据包：
（1）使用DatagramSocket(int port)创建数据包套接字，绑定都指定的端口。
（2）使用DatagramPacket(byte[] buf , int length)创建字节数组来接受数据包。
（3）使用DatagramSocket类的receive(DatagramPacket p)方法接收UDP包。
注意：DatagramSocket类的receive()方法接收数据时，如果还没有可以接受的数据，在正常情况下receive()方法将阻塞，一直等到网络上有数据传来，receive()方法接受该数据并返回。如果网络上没有数据发送过来，receive()方法也没有阻塞，肯定是程序有问题，大多数是使用了一个被其它程序占用的端口。
3.1 DatagramPacket类
java.net包的DatagramPacket类用来表示数据包。DatagramPacket类的构造函数有：
DatagramPacket(byte[] buf , int length)。
DatagramPacket(byte[] buf , int length , InetAddress address , int port)。
第一种构造函数创建DatagramPacket对象，指定了数据包的内存空间和大小。第二种构造函数不仅指定了数据包的内存空间和大小，而且指定了数据包的目标地址和端口。在发送数据时，必须指定接收方的Socket地址和端口号，因此使用第二种构造函数可创建发送数据的DatagramPacket对象。
3.2 DatagramSocket类
java.net包中的DatagramSocket类用于表示发送和接收数据包的套接字。该类的构造函数有：
DatagramSocket()。
DatagramSocket(int port)。
DatagramSocket(int port , InetAddress addr)。
第一种构造函数创建DatagramSocket对象，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。使用第二种构造函数创建DatagramSocket对象，创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。第三种构造函数创建DatagramSocket对象，创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。第三种构造函数适用于有多块网卡和多个IP的情况。
3.3 UDP网络程序
根据前面所讲的网络编程的基本知识，以及UDP网络编程的特点，下面创建一个广播数据报程序。广播数据报是一种较新的技术，类似于广播电台，广播电台需要在指定的波段和频率上广播信息，收听者也要将收音机调到指定的波段、频率才可以收听广播内容。
示例：主机不断地重复播出节目预报，可以保证加入到同一组的主机随时可接收到广播信息。接收者将正在接收的信息放在一个文本域中，并将接收的全部信息放在另一个文本域中。
（1）广播主机程序：不断地向外播出信息。
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
/**
* 广播主机程序：不断地向外播出信息
*
* @author pan_junbiao
*
*/
public class Weather extends Thread
{
String weather = "节目预报：八点有大型晚会，请收听";
int port = 9898; // 定义端口号
InetAddress iaddress = null; // 创建InetAddress对象
MulticastSocket socket = null; // 声明多点广播套接字
// 构造方法
Weather()
{
try
{
// 实例化InetAddress对象，指定地址
iaddress = InetAddress.getByName("224.255.10.0");
// 实例化多点广播套接字
socket = new MulticastSocket(port);
// 指定发送范围是本地网络
socket.setTimeToLive(1);
// 加入广播组
socket.joinGroup(iaddress);
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
// 重写run()方法
public void run()
{
while (true)
{
// 声明DatagramPacket对象
DatagramPacket packet = null;
// 声明字节数组
byte[] data = weather.getBytes();
// 将数据打包
packet = new DatagramPacket(data, data.length, iaddress, port);
// 将广播信息输出
System.out.println(new String(data));
try
{
// 发送数据
socket.send(packet);
// 线程休眠
Thread.sleep(3000);
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args)
{
Weather w = new Weather();
w.start();
}
}广播主机程序的运行结果：
（2）接收广播程序：单击“开始接收”按钮，系统开始接收主机播出的信息；单击“停止接收”按钮，系统会停止接收广播主机播出的信息。
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.WindowConstants;
/**
* 接收广播程序
*
* @author pan_junbiao
*
*/
public class Receive extends JFrame implements Runnable, ActionListener
{
private static final long serialVersionUID = 1L;
int port; // 定义int型变量
InetAddress group = null; // 声明InetAddress对象
MulticastSocket socket = null; // 创建多点广播套接字对象
JButton ince = new JButton("开始接收"); // 创建按钮对象
JButton stop = new JButton("停止接收");
JTextArea inceAr = new JTextArea(10, 10); // 显示接收广播的文本域
JTextArea inced = new JTextArea(10, 10);
Thread thread; // 创建Thread对象
boolean b = false; // 创建boolean型变量
public Receive()
{ // 构造方法
super("广播数据报"); // 调用父类方法
setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
thread = new Thread(this);
ince.addActionListener(this); // 绑定按钮ince的单击事件
stop.addActionListener(this); // 绑定按钮stop的单击事件
inceAr.setForeground(Color.blue); // 指定文本域中文字颜色
JPanel north = new JPanel(); // 创建Jpane对象
north.add(ince); // 将按钮添加到面板north上
north.add(stop);
add(north, BorderLayout.NORTH); // 将north放置在窗体的上部
JPanel center = new JPanel(); // 创建面板对象center
center.setLayout(new GridLayout(1, 2)); // 设置面板布局
center.add(inceAr); // 将文本域添加到面板上
final JScrollPane scrollPane = new JScrollPane();
center.add(scrollPane);
scrollPane.setViewportView(inced);
add(center, BorderLayout.CENTER); // 设置面板布局
validate(); // 刷新
port = 9898; // 设置端口号
try
{
group = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 指定接收地址
socket = new MulticastSocket(port); // 绑定多点广播套接字
socket.joinGroup(group); // 加入广播组
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace(); // 输出异常信息
}
setBounds(100, 50, 360, 380); // 设置布局
setVisible(true); // 将窗体设置为显示状态
setLocationRelativeTo(null);
}
// 重写run()方法
public void run()
{
while (true)
{
byte data[] = new byte[1024]; // 创建byte数组
DatagramPacket packet = null; // 创建DatagramPacket对象
// 待接收的数据包
packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port);
try
{
socket.receive(packet); // 接收数据包
// 获取数据包中内容
String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
// 将接收内容显示在文本域中
inceAr.setText("正在接收的内容：\n" + message);
inced.append(message + "\n"); // 每条信息为一行
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace(); // 输出异常信息
}
if (b == true)
{ // 当变量等于true时，退出循环
break;
}
}
}
public void actionPerformed(ActionEvent e)
{ // 单击事件
if (e.getSource() == ince)
{ // 单击按钮ince触发的事件
ince.setBackground(Color.red); // 设置按钮颜色
stop.setBackground(Color.yellow);
if (!(thread.isAlive()))
{ // 如线程不处于“新建状态”
thread = new Thread(this); // 实例化Thread对象
}
thread.start(); // 启动线程
b = false; // 设置变量值
}
if (e.getSource() == stop)
{ // 单击按钮stop触发的事件
ince.setBackground(Color.yellow); // 设置按钮颜色
stop.setBackground(Color.red);
b = true; // 设置变量值s
}
}
public static void main(String[] args)
{ // 主方法
Receive rec = new Receive(); // 创建本类对象
rec.setSize(460, 200); // 设置窗体大小
}
}接收广播程序的运行结果：
说明：要广播或接收广播的主机地址必须加入到一个组内，地址范围为224.0.0.0至224.255.255.255，这类地址并不代表某个特定主机的位置。加入到同一个组的主机可以在某个端口上广播消息，也可以在某个端口上接收信息。