Java网络编程详解——网络基础知识介绍、IP和端口介绍、URL和URLConnection介绍

网络基础知识——计算机网络介绍、通信协议与网络结构模型

一、 计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备，用通信线路互连成一个网络系统，从而使众多的计算机可以互相传递信息，共享资源。

• 计算机网络通常按照规模大小和延伸范围分类，常见的划分为：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。Internet可以视为世界上最大的广域网。

二、计算机网络中实现通信必须有一些约定，这些约定被称为通信协议。通信协议通常由三部分组成：①语义部分：用于决定双方对话的类型；②语法部分：用于决定双方对话的格式；③变换规则：用于决定通信双方的应答关系。

• IP协议是一种非常重要的通信协议，又称互联网协议。是支持网间互联的数据报协议。提供网间连接的完善功能，包括IP数据报规定互联网络范围内的地址格式。
• 经常与IP协议放在一起的还有TCP协议，即传输控制协议。它规定一种可靠的数据信息传递服务。
• 虽然IP和TCP这两个协议功能不尽相同，也可以分开单独使用，但它们是在同一个时期作为一个协议来设计的，并且在功能上也是互补的。因此实际使用中常常把这两个协议统称为TCP/IP协议。

三、按TCP/IP协议模型，网络通常被分为一个四层模型，这个四层模型和OSI（开放式系统互连参考模式）七层模式有大致的对应关系。

OSI分层模型	TCP/IP分层模型
应用层	应用层
表示层
会话层
传输层	传输层
网络层	网络层
数据链路层	物理+数据链路
物理层

IP地址和端口号

当一个程序需要发送数据时，需要指定目的地的IP地址和端口，只有指定了正确的IP地址和端口号，计算机网络才能将数据送给该IP地址和端口所对应的程序。

一、IP地址

IP地址用于唯一地标识网络中的一个通信实体，这个通信实体既可以是一台主机，也可以是一台打印机，或者是路由器的某一个端口。

• 在基于IP协议网络中传输的数据包，都必须使用IP地址来进行标识。每个被传输的数据包有一个源IP地址和一个目的IP地址，当该数据包在网络中进行传输时，这两个地址要保持不变，以确保网络设备总能根据确定的IP地址，将数据包从源通信实体送往指定的目的通信实体。
• IP地址是数字型的，IP地址是一个32位的整数。为了便于记忆，通常把它分为4个8位的二进制数，每8位之间用圆点隔开。每个8位整数可以转换成一个0~255的十进制整数，因此日常看到的IP地址的格式形如： 222.247.82.201

IP地址被分成了A、B、C、D、E五类，每个类别的网络标识和主机标识各有规则：
A类： 1.0.0.1 — 127.255.255.254

• 10.X.X.X是私有地址(私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址)
• 127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。

B类： 128.0.0.1 — 191.255.255.254

• 172.16.0.0 — 172.31.255.255是私有地址
• 169.254.X.X是保留地址。

C类： 192.0.0.1 — 223.255.255.254

• 192.168.X.X是私有地址

D类： 224.0.0.1 — 239.255.255.254

E类： 240.0.0.1 — 247.255.255.254

IP地址的组成： IP地址 = 网络号码+主机地址

• A类IP地址:第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码 : 256256256 — 16777216
• B类IP地址:前二段号码为网络号码，剩下的二段号码为本地计算机的号码 : 256*256 — 65536
• C类IP地址:前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码 : 256

查看本机IP：ipconfig

查看网络是否有问题 ping+IP地址

• ping 127.0.0.1(本机回环地址)
• ping 127.0.0.1(本机回环地址)

二、端口

IP地址用于唯一地标识网络上的一个通信实体，但一个通信实体可以有多个通信程序同时提供网络服务，此时还需要使用端口。

• 端口是一个16位的整数，用于表示数据交给哪个通信程序处理。因此，端口就是应用程序与外界交流的出入口。这里的端口是指一种抽象的软件结构，包括一些数据结构和I/O缓冲区。
• 不同应用程序处理不同端口上的数据，同一台机器上不能有两个程序使用同一个端口。

端口号从0~65535，通常将它分为三类：

• 公认端口： 从0到1023， 它们紧密绑定一些特定的服务；
• 注册端口： 从1024到49151， 它们它们松散地绑定一些服务。应用程序通常应该使用这个范围内的端口；
• 动态和/或私有端口： 从49152到65535， 这些端口是应用程序使用的动态端口，应用程序一般不会主动使用这些端口。

Java中网络相关的API

一、InetAddress

Java提供了InetAddress类来代表IP地址，InetAddress下还有两个子类：Inet4Address、Inet6Address，分别代码表IPv4地址和IPv6地址。

InetAddress类没有构造器，通过静态方法获取InetAddress实例

1. public static InetAddress getByName(String host)： 根据主机获取对应的InetAddress对象。
2. public static InetAddress getByAddress(byte[] addr)： 根据原始IP地址获取对应的InetAddress对象。
3. public static InetAddress getLocalHost()： 获取本机IP地址对应的InetAddress对象。

InetAddress提供的常用方法

1. public String getHostName()： 获取此IP地址的主机名
2. public String getHostAddress()： 返回此InetAddress实例对应的IP地址字符串。
3. public boolean isReachable(int timeout)： 测试是否可以到达该地址。因为防火墙和服务器配置可能阻塞请求，使得它在访问某些特定的端口时处于不可到达状态。如果可以获取权限，典型的实现是使用ICMP ECHO REQUEST。否则它将试图在目标主机的端口7（Echo）上建立连接。

二、URLDecoder和URLEncoder

URLDecoder和URLEncoder用于实现普通字符串和application/x-www-form-urlencoded MIME 字符串之前的相互转换。

http的get请求包含中文时，在url地址后对应的中文参数会被转换为形如"%XX%XX%XX%XX%XX%XX"的字符串，这种字符串就被称为是application/x-www-form-urlencoded MIME字符串。

1. URLDecoder
public static String decode(String s, String enc)： 静态方法，将参数s表示的application/x-www-form-urlencoded MIME字符串，通过enc指定的编码集，转换为普通字符串。

2. URLEncoder
public static String encode(String s, String enc)： 静态方法，将参数s表示的普通字符串，通过enc指定的编码集，转换为application/x-www-form-urlencoded MIME字符串。

仅包含西欧字符的普通字符串application/x-www-form-urlencoded MIME字符串无须转换，而包含中文字符的普通字符串则需要转换，转换方法是每个中文字符占两个字节，每个字节可以转换成两个十六进制的数字 ，所以每个中文字符将转换为"%XX%XX"的形式。

采用不同的字符集，每个中文字符对应的字节数并不完全相同，所以使用URLEncoder和URLDecoder进行转换时需要指定字符集。

三、URL、URLConnection和HttpURLConnection

URL介绍和相关API方法

URL（Uniform Resource Locator）对象表示统一资源定位器，它是指向互联网资源的指针。

• 通常情况下，URL由协议名、主机、端口和资源组成，满足格式：protocol://host:port/resourcePath

JDK中还提供了一个URI（Uniform Resource Identifiers）类，表示一个统一资源标识符，Java中的URI不能用于定位任何资源，它的唯一作用就是解析。与此对应的是，URL包含一个可打开到达该资源的输入流，可以将URL理解成URI的特例。

• URL的常用API:
  public URL(String spec)： 使用URL格式的字符串形式创建URL对象。
  public URL(String protocol, String host, int port, String file)： 使用给定的协议、主机、端口和资源创建URL对象。
  public URL(String protocol, String host, String file)： 使用给定协议的默认端口，和给定的资源创建URL对象。

  public String getFile()： 获取该URL的资源名。
  public String getHost()： 获取该URL的主机名。
  public String getPath()： 获取该URL的路径名。
  public int getPort()： 获取该URL的端口号。
  public String getProtocol()： 获取该URL的协议名称。
  public String getQuery()： 获取该URL的查询字符串部分。

  public URLConnection openConnection()：返回一个URLConnection对象，它代表了与URL所引用的远程对象的连接。
  public final InputStream openStream()：打开与此URL的连接，并返回一个用于读取该URL资源的InputStream。通过调return openConnection().getInputStream();实现。

URLConnection和HttpURLConnection

1. URLConnection

URL的openConnection()方法返回一个URLConnection对象。URLConnection对象表示应用程序和URL之间的通信连接。程序可以通过URLConnection实例向该URL发送请求，读取URL引用的资源。

• 通常创建一个和URL的连接，并发送请求，读取此URL引用的资源需如下几个步骤：

  1. 获取URL对象，通过调用URL对象的openConnection()方法来创建URLConnection对象；
  2. 设置URLConnection的参数和普通请求属性；
  3. 建立和远程资源的实际连接。如果只是发送GET方式的请求，则使用URLConnection的connect()方法建立和远程资源之间的实际连接即可；如果是发送POST方式的请求，则需要调URLConnection的getOutputStream()获取对应的输出流，通过输出流向远程资源发送POST方法的请求参数。
  4. 在远程资源变为可用之后，程序可以访问远程资源的头字段，或通过输入流读取远程资源的数据。

• 在建立和远程资源的实际连接之前，程序可以通过如下方法来设置请求头字段。
  public void setAllowUserInteraction(boolean allowuserinteraction)： 设置URLConnection对象的allowUserInteraction请求头字段值。
  public void setDoInput(boolean doinput)： 设置URLConnection对象的doInput请求头字段值。
  public void setDoOutput(boolean dooutput)： 设置URLConnection对象的doOutput请求头字段值。
  public void setIfModifiedSince(long ifmodifiedsince)： 设置URLConnection对象的ifModifiedSince请求头字段值。
  public void setUseCaches(boolean usecaches)： 设置URLConnection对象的useCaches请求头字段值。
  public void setRequestProperty(String key, String value)： 设置通用的头字段。如setRequestProperty("accept", "*/*")
public void addRequestProperty(String key, String value)： 为请求头字段key增加value值。只是在key字段原有值的后面追加新的value值，并不会覆盖key字段原来的值。

• 当远程资源可用之后，程序可以使用如下方法获取响应头字段的值，以及访问远程资源的内容。
  public Object getContent()： 获取该URLConnection的内容。
  public String getHeaderField(String name)： 获取指定响应头字段的值。
  public InputStream getInputStream()： 返回该URLConnection对应的输入流，用于获取URLConnection响应的内容。
  public OutputStream getOutputStream()： 返回该URLConnection对应的输出流，用于向URLConnection发送请求参数。

• 除了通过getHeaderFiled(String name)方法获取name指定的响应头字段值之外，Java还提供了如下方法用于获取常用的响应头字段的值。
  public String getContentEncoding()： 获取content-encoding响应头字段的值。
  public int getContentLength()： 获取content-length响应头字段的值。
  public String getContentType()： 获取content-type响应头字段的值。
  public long getDate()： 获取date响应头字段的值。
  public long getExpiration()： 获取expires响应头字段的值。
  public long getLastModified()： 获取last-modified响应头字段的值。

• URLConnection的其他API方法
  abstract public void connect()： 用于建立实际的连接，一般在GET方法请求中用到。（POST方法请求调了getOutputStream，所以不需要再调connet方法）
  public void setConnectTimeout(int timeout)： 用于在建立实际连接时，设置的超时时间，单位为ms。在设置时间内，没有连接成功，则会报SocketTimeoutException异常
  public void setReadTimeout(int timeout)： 用于在读取InputStream输入流中的资源时，设置的超时时间，单位为ms。在设置时间内，没有读取到资源，则会报SocketTimeoutException异常。

• 举例： 使用URLConnection实现GET请求

    /**
     * 向指定URL发送GET方法的请求
     * @param url 发送请求的URL
     * @param params 请求参数，请求参数应该是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 params){
    	String result = "";
    	BufferedReader in = null;
    	try{
    		String urlName = url + "?" + params;
    		URL realUrl = new URL(urlName);
    		// 打开和URL之间的连接
    		URLConnection conn = realUrl.openConnection();
    		// 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)");
    		// 建立实际的连接
    		conn.connect();
    		// 获取所有响应头字段
    		Map> map = conn.getHeaderFields();
    		// 遍历所有的响应头字段
    		for (String key : map.keySet()){
    			System.out.println(key + "--->" + map.get(key));
    		}
    		// 定义BufferedReader输入流来读取URL的响应
    		in = new BufferedReader(
    				new InputStreamReader(conn.getInputStream()));
    		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();
    	}
    	// 使用finally块来关闭输入流
    	finally{
    		try{
    			if (in != null){
    				in.close();
    			}
    		}catch (IOException ex){
    			ex.printStackTrace();
    		}
    	}
    	return result;
    }
  

• 举例： 使用URLConnection实现POST请求

  使用URLConnection发送POST请求必须设置setDoOutput(true)和setDoInput(true)。

   /**
    * 向指定URL发送POST方法的请求
    * @param url 发送请求的URL
    * @param params 请求参数，请求参数应该是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 params){
   	PrintWriter out = null;
   	BufferedReader in = null;
   	String result = "";
   	try{
   		URL realUrl = new URL(url);
   		// 打开和URL之间的连接
   		URLConnection conn = realUrl.openConnection();
   		// 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);
   		// 获取URLConnection对象对应的输出流
   		out = new PrintWriter(conn.getOutputStream());
   		// 发送请求参数
   		out.print(params);  // ②
   		// flush输出流的缓冲
   		out.flush();
   		// 定义BufferedReader输入流来读取URL的响应
   		in = new BufferedReader(
   				new InputStreamReader(conn.getInputStream()));
   		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();
   	}
   	// 使用finally块来关闭输出流、输入流
   	finally{
   		try{
   			if (out != null){
   				out.close();
   			}
   			if (in != null){
   				in.close();
   			}
   		}
   		catch (IOException ex){
   			ex.printStackTrace();
   		}
   	}
   	return result;
   }
  

2. HttpURLConnection

HttpURLConnection是URLConnection的子类。HttpURLConnection在URLConnection的基础上做了进一步改进，增加了一些用于操作HTTP资源的方法。

• HttpURLConnection一些特有的方法如下：
  public int getResponseCode()： 获取服务器的响应码。
  public String getResponseMessage()： 获取服务器的响应消息。
  public void setRequestMethod(String method)： 设置发送HTTP请求的方式。
  public String getRequestMethod()： 获取发送HTTP请求的方式。

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//TODO （HttpURLConnection实现文件下载示例、理解什么叫建立和远程资源的实际连接）
未完待续…