Java 网络编程样例

Java 网络编程是指编写在多个设备（计算机）上运行的程序，这些设备通过网络相互连接。

• 创建客户端-服务器应用程序
• 实现网络协议
• 实现套接字（Socket）编程
• 创建 Web 服务

网络编程中使用的包

java.net 包是 J2SE API 的一部分，它包含一系列类和接口，提供了底层通信细节的支持，使开发者可以专注于解决实际问题。

java.net 包支持两种常见的网络协议：

• TCP：传输控制协议（Transmission Control Protocol），允许两个应用程序之间进行可靠的通信。TCP 通常与互联网协议（IP）结合使用，即 TCP/IP。
• UDP：用户数据报协议（User Datagram Protocol），是一种无连接协议，允许在应用程序之间传输数据包。

本章将详细介绍以下两个主题：

• 套接字编程（Socket Programming）：这是网络编程中最广泛使用的概念，本文将详细讲解。
• URL 处理（URL Processing）

Java 中的套接字编程

套接字（Socket）提供了使用 TCP 协议在两台计算机之间进行通信的机制。客户端程序在其通信端创建一个套接字，并尝试将该套接字连接到服务器。

一旦连接建立，服务器也会在其通信端创建一个套接字对象。此时，客户端和服务器就可以通过读写套接字进行通信。

• java.net.Socket 类表示一个套接字。
• java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供监听客户端并建立连接的机制。

使用套接字建立 TCP 连接的步骤如下：

1. 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，指定通信所用的端口号。
2. 服务器调用 ServerSocket 的 accept() 方法。该方法会一直等待，直到有客户端连接到指定端口。
3. 客户端实例化一个 Socket 对象，指定要连接的服务器名称和端口号。
4. Socket 构造函数尝试连接到指定的服务器和端口。如果连接成功，客户端就拥有了一个可与服务器通信的 Socket 对象。
5. 在服务器端，accept() 方法返回一个指向新套接字的引用，该套接字与客户端的套接字相连。
6. 连接建立后，双方可通过 I/O 流进行通信：
   • 每个套接字都有一个 OutputStream 和一个 InputStream。
   • 客户端的 OutputStream 连接到服务器的 InputStream。
   • 客户端的 InputStream 连接到服务器的 OutputStream。

由于 TCP 是双向通信协议，因此数据可以同时在两个流中传输。

以下是用于实现套接字的常用类及其方法。

ServerSocket 类的构造方法

java.net.ServerSocket 类被服务器应用程序用于获取端口并监听客户端请求。

ServerSocket 类有四个构造方法：

如果 ServerSocket 构造方法未抛出异常，说明应用程序已成功绑定到指定端口，可以接收客户端请求。

ServerSocket 类的常用方法

当 ServerSocket 调用 accept() 时，该方法会一直阻塞，直到有客户端连接。连接建立后，服务器会创建一个新的 Socket（使用任意可用端口），并返回该 Socket 的引用。此时，客户端与服务器之间的 TCP 连接已建立，可以开始通信。

Socket 类的构造方法

java.net.Socket 类表示客户端和服务器用于相互通信的套接字。

• 客户端通过实例化 Socket 对象获得套接字。
• 服务器通过 accept() 方法的返回值得到套接字。

客户端用于连接服务器的 Socket 类有五个构造方法：

注意：除无参构造方法外，其他构造方法在返回时不仅创建了 Socket 对象，还实际尝试连接到指定服务器和端口。

Socket 类的常用方法

以下方法既可用于客户端，也可用于服务器（因为双方都持有 Socket 对象）：

InetAddress 类的常用方法

InetAddress 类表示 Internet 协议（IP）地址。在套接字编程中常用的方法包括：

Java 网络编程示例

实现 Java 套接字客户端

以下 GreetingClient 是一个客户端程序，它通过套接字连接到服务器，发送问候信息，并等待服务器响应。

示例：套接字客户端

// 文件名：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("正在连接到 " + serverName + " 的端口 " + port);
         Socket client = new Socket(serverName, port);
         
         System.out.println("已连接到 " + client.getRemoteSocketAddress());
         OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
         DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);
         
         out.writeUTF("来自 " + client.getLocalSocketAddress() + " 的问候");
         InputStream inFromServer = client.getInputStream();
         DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
         
         System.out.println("服务器回复：" + in.readUTF());
         client.close();
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

实现 Java 套接字服务器

以下 GreetingServer 是一个服务器程序，使用 Socket 类监听指定端口上的客户端连接。

示例：套接字服务器

// 文件名：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); // 设置 10 秒超时
   }

   public void run() {
      while(true) {
         try {
            System.out.println("正在端口 " + 
               serverSocket.getLocalPort() + " 上等待客户端...");
            Socket server = serverSocket.accept();
            
            System.out.println("已连接到 " + server.getRemoteSocketAddress());
            DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream());
            
            System.out.println(in.readUTF());
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            out.writeUTF("感谢连接到 " + server.getLocalSocketAddress() + "\n再见！");
            server.close();
            
         } catch (SocketTimeoutException s) {
            System.out.println("套接字超时！");
            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.start();
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

编译并运行

首先编译客户端和服务器，然后按以下方式启动服务器：

$ java GreetingServer 6066
正在端口 6066 上等待客户端...

接着运行客户端：

$ java GreetingClient localhost 6066
正在连接到 localhost 的端口 6066
已连接到 localhost/127.0.0.1:6066
服务器回复：感谢连接到 /127.0.0.1:6066
再见！