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Java 网络编程
胜于蓝2013-12-30【java|js】人已围观
简介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
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。
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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。
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URL 处理：这部分会在另外的篇幅里讲，点击这里更详细地了解在 Java 语言中的 URL 处理。
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。
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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。
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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 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：
| 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）。 |
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。 |
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。 |
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 文件代码：
// 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("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 文件代码：
// 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); } 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!
Socket的概念：上面已经解释了，不在复述。
同步和异步：同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的，同步指的是用户进程触发IO 操作并等待或者轮询的去查看IO 操作是否就绪，而异步是指用户进程触发IO 操作以后便开始做自己的事情，而当IO 操作已经完成的时候会得到IO 完成的通知。
以银行取款为例：
同步 ： 自己亲自出马持银行卡到银行取钱（使用同步 IO 时，Java 自己处理IO 读写）；
异步 ： 委托一小弟拿银行卡到银行取钱，然后给你（使用异步IO 时，Java 将 IO 读写委托给OS 处理，需要将数据缓冲区地址和大小传给OS(银行卡和密码)，OS 需要支持异步IO操作API）；
阻塞和非阻塞：阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作方法的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或者写入方法会立即返回一个状态值。
以银行取款为例：
阻塞 ： ATM排队取款，你只能等待（使用阻塞IO时，Java调用会一直阻塞到读写完成才返回）；
非阻塞 ： 柜台取款，取个号，然后坐在椅子上做其它事，等号广播会通知你办理，没到号你就不能去，你可以不断问大堂经理排到了没有，大堂经理如果说还没到你就不能去（使用非阻塞IO时，如果不能读写Java调用会马上返回，当IO事件分发器通知可读写时再继续进行读写，不断循环直到读写完成）
1.BIO 编程
Blocking IO： 同步阻塞的编程方式。
BIO编程方式通常是在JDK1.4版本之前常用的编程方式。编程实现过程为：首先在服务端启动一个ServerSocket来监听网络请求，客户端启动Socket发起网络请求，默认情况下ServerSocket回建立一个线程来处理此请求，如果服务端没有线程可用，客户端则会阻塞等待或遭到拒绝。
且建立好的连接，在通讯过程中，是同步的。在并发处理效率上比较低。大致结构如下：
同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。
BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
使用线程池机制改善后的BIO模型图如下:
2.NIO 编程：Unblocking IO（New IO）： 同步非阻塞的编程方式。
NIO本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是BIO的大并发问题，NIO基于Reactor，当socket有流可读或可写入socket时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。也就是说，这个时候，已经不是一个连接就要对应一个处理线程了，而是有效的请求，对应一个线程，当连接没有数据时，是没有工作线程来处理的。
NIO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。
在NIO的处理方式中，当一个请求来的话，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等)，其实这个线程就被阻塞了，当并发上来的话，还是会有BIO一样的问题
3.AIO编程：Asynchronous IO： 异步非阻塞的编程方式。
与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。在JDK1.7中，这部分内容被称作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道：AsynchronousSocketChannel、AsynchronousServerSocketChannel、AsynchronousFileChannel、AsynchronousDatagramChannel
bio示例
server示例：
public class Server {
public static void main(String[] args) {
int port = genPort(args);
ServerSocket server = null;
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(50);
try{
server = new ServerSocket(port);
System.out.println("server started!");
while(true){
Socket socket = server.accept();
service.execute(new Handler(socket));
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(server != null){
try {
server.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
server = null;
}
}
static class Handler implements Runnable{
Socket socket = null;
public Handler(Socket socket){
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
BufferedReader reader = null;
PrintWriter writer = null;
try{
reader = new BufferedReader(
new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));
writer = new PrintWriter(
new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), "UTF-8"));
String readMessage = null;
while(true){
System.out.println("server reading... ");
if((readMessage = reader.readLine()) == null){
break;
}
System.out.println(readMessage);
writer.println("server recive : " + readMessage);
writer.flush();
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(socket != null){
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
socket = null;
if(reader != null){
try {
reader.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
reader = null;
if(writer != null){
writer.close();
}
writer = null;
}
}
}
private static int genPort(String[] args){
if(args.length > 0){
try{
return Integer.parseInt(args[0]);
}catch(NumberFormatException e){
return 9999;
}
}else{
return 9999;
}
}
}
2.client示例：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
String host = null;
int port = 0;
if(args.length > 2){
host = args[0];
port = Integer.parseInt(args[1]);
}else{
host = "127.0.0.1";
port = 9999;
}
Socket socket = null;
BufferedReader reader = null;
PrintWriter writer = null;
Scanner s = new Scanner(System.in);
try{
socket = new Socket(host, port);
String message = null;
reader = new BufferedReader(
new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));
writer = new PrintWriter(
socket.getOutputStream(), true);
while(true){
message = s.nextLine();
if(message.equals("exit")){
break;
}
writer.println(message);
writer.flush();
System.out.println(reader.readLine());
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(socket != null){
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
socket = null;
if(reader != null){
try {
reader.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
reader = null;
if(writer != null){
writer.close();
}
writer = null;
}
}
}
以上只是简单示例，仅供参考！
DatagramSocket(UDP)简单示例
服务端：
public class Server {
public static void main(String[] args) {
try {
DatagramSocket server = new DatagramSocket(5060);
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
server.receive(packet);
System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + "(" + packet.getPort() + "):" + new String(packet.getData()));
packet.setData("Hello Client".getBytes());
packet.setPort(5070);
packet.setAddress(InetAddress.getLocalHost());
server.send(packet);
server.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端:
public class Client {
public static void main(String[] args){
try {
DatagramSocket client = new DatagramSocket(5070);
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
packet.setPort(5060);
packet.setAddress(InetAddress.getLocalHost());
packet.setData("Hello Server".getBytes());
client.send(packet);
client.receive(packet);
System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + "(" + packet.getPort() + "):" + new String(packet.getData()));
client.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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