第三十六节 Java 网络编程

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.net包中提供了两种常见的网络协议的支持：

• TCP： 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。
• UDP: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。

本教程主要讲解以下两个主题。

• Socket 编程: 这是使用最广泛的网络概念，它已被解释地非常详细
• URL 处理: 

Java URL处理

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。

本章节我们将介绍Java是如处理URL的。URL可以分为如下几个部分。

protocol://host:port/path?query#ref

protocols(协议)可以是 HTTP, HTTPS, FTP, 和File。port 为端口号。path为文件路径及文件名。

HTTP协议的URL实例如下:

http://www.w3cschool.cn/index.html?language=cn#j2se

以上URL实例并未指定端口，因为HTTP协议默认的端口号为80。

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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。

序号	方法描述
1	public URL(String protocol, String host, int port, String file) throws MalformedURLException. 通过给定的参数(协议、主机名、端口号、文件名)创建URL。
2	public URL(String protocol, String host, String file) throws MalformedURLException 使用指定的协议、主机名、文件名创建URL，端口使用协议的默认端口。
3	public URL(String url) throws MalformedURLException 通过给定的URL字符串创建URL
4	public URL(URL context, String url) throws MalformedURLException 使用基地址和相对URL创建

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：

序号	方法描述
1	public String getPath() 返回URL路径部分。
2	public String getQuery() 返回URL查询部分。
3	public String getAuthority() 获取此 URL 的授权部分。
4	public int getPort() 返回URL端口部分
5	public int getDefaultPort() 返回协议的默认端口号。
6	public String getProtocol() 返回URL的协议
7	public String getHost() 返回URL的主机
8	public String getFile() 返回URL文件名部分
9	public String getRef() 获取此 URL 的锚点（也称为"引用"）。
10	public URLConnection openConnection() throws IOException 打开一个URL连接，并运行客户端访问资源。

实例

以上实例演示了使用java.net的URL类获取URL的各个部分参数：

// 文件名 : URLDemo.javaimport java.net.*;
import java.io.*;public class URLDemo
{public static void main(String [] args){try{URL url = new URL("http://www.w3cschool.cn/index.html?language=cn#j2se");System.out.println("URL is " + url.toString());System.out.println("protocol is "+ url.getProtocol());System.out.println("authority is "+ url.getAuthority());System.out.println("file name is " + url.getFile());System.out.println("host is " + url.getHost());System.out.println("path is " + url.getPath());System.out.println("port is " + url.getPort());System.out.println("default port is "+ url.getDefaultPort());System.out.println("query is " + url.getQuery());System.out.println("ref is " + url.getRef());}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

以上实例编译运行结果如下:

URL is //www.w3cschool.cn/index.html?language=cn#j2se
protocol is http
authority is www.w3cschool.cn
file name is /index.htm?language=cn
host is www.w3cschool.cn
path is /index.html
port is -1
default port is 80
query is language=cn
ref is j2se

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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。

• 等等...

URLConnection 方法列表如下：

序号	方法描述
1	Object getContent() 检索URL链接内容
2	Object getContent(Class[] classes) 检索URL链接内容
3	String getContentEncoding() 返回头部 content-encoding 字段值。
4	int getContentLength() 返回头部 content-length字段值
5	String getContentType() 返回头部 content-type 字段值
6	int getLastModified() 返回头部 last-modified 字段值。
7	long getExpiration() 返回头部 expires 字段值。
8	long getIfModifiedSince() 返回对象的 ifModifiedSince 字段值。
9	public void setDoInput(boolean input) URL 连接可用于输入和/或输出。如果打算使用 URL 连接进行输入，则将 DoInput 标志设置为 true；如果不打算使用，则设置为 false。默认值为 true。
10	public void setDoOutput(boolean output) URL 连接可用于输入和/或输出。如果打算使用 URL 连接进行输出，则将 DoOutput 标志设置为 true；如果不打算使用，则设置为 false。默认值为 false。
11	public InputStream getInputStream() throws IOException 返回URL的输入流，用于读取资源
12	public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回URL的输出流, 用于写入资源。
13	public URL getURL() 返回 URLConnection 对象连接的URL

实例

以下实例中URL采用了HTTP 协议。 openConnection 返回HttpURLConnection对象。

// 文件名 : URLConnDemo.javaimport java.net.*;
import java.io.*;
public class URLConnDemo
{public static void main(String [] args){try{URL url = new URL("http://www.w3cschool.cn");URLConnection urlConnection = url.openConnection();HttpURLConnection connection = null;if(urlConnection instanceof HttpURLConnection){connection = (HttpURLConnection) urlConnection;}else{System.out.println("Please enter an HTTP URL.");return;}BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(connection.getInputStream()));String urlString = "";String current;while((current = in.readLine()) != null){urlString += current;}System.out.println(urlString);}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

以上实例编译运行结果如下：

$ java URLConnDemo.....a complete HTML content of home page of amrood.com.....

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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是一个双向的通信协议，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sockets。

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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：

序号	方法描述
1	public ServerSocket(int port) throws IOException 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
2	public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException 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。
3	public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException 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。
4	public ServerSocket() throws IOException 创建非绑定服务器套接字。

创建非绑定服务器套接字。 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：

序号	方法描述
1	public int getLocalPort()   返回此套接字在其上侦听的端口。
2	public Socket accept() throws IOException 侦听并接受到此套接字的连接。
3	public void setSoTimeout(int timeout)  通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。
4	public void bind(SocketAddress host, int backlog) 将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。

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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.

序号	方法描述
1	public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
2	public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
3	public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。
4	public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
5	public Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

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。

序号	方法描述
1	public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。
2	public InetAddress getInetAddress()  返回套接字连接的地址。
3	public int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。
4	public int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。
5	public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null。
6	public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。
7	public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。
8	public void close() throws IOException 关闭此套接字。

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InetAddress 类的方法

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了Socket编程时比较有用的方法：

序号	方法描述
1	static InetAddress getByAddress(byte[] addr) 在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。
2	static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) 根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。
3	static InetAddress getByName(String host) 在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
4	String getHostAddress()  返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
5	String getHostName()   获取此 IP 地址的主机名。
6	static InetAddress getLocalHost() 返回本地主机。
7	String toString() 将此 IP 地址转换为 String。

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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。

// 文件名 GreetingClient.javaimport 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("Connecting to " + serverName+ " on port " + port);Socket client = new Socket(serverName, port);System.out.println("Just connected to "+ 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("Server says " + in.readUTF());client.close();}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

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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。

// 文件名 GreetingServer.javaimport 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("Waiting for client on port " +serverSocket.getLocalPort() + "...");Socket server = serverSocket.accept();System.out.println("Just connected to "+ server.getRemoteSocketAddress());DataInputStream in =new DataInputStream(server.getInputStream());System.out.println(in.readUTF());DataOutputStream out =new DataOutputStream(server.getOutputStream());out.writeUTF("Thank you for connecting to "+ 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.start();}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}
}

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

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...

像下面一样开启客户端：

$ java GreetingClient localhost 6066
Connecting to localhost on port 6066
Just connected to localhost/127.0.0.1:6066
Server says Thank you for connecting to /127.0.0.1:6066
Goodbye!