Java高級篇——網絡通信
Java高級篇（二）——網絡通信
網絡編程是每個開發人員工具相中的核心部分，我們在學習了諸多Java的知識後，也將步入幾個大的方向，Java網絡編程就是其中之一。
如今強調網絡的程序不比涉及網絡的更多。除了經典的應用程序，如電子郵件、Web瀏覽器和遠程登陸外，大多數主要的應用程序都有某種程度的內質網絡功能。比如我們最常使用的IDE（Eclipse/IDEA）與源代碼存儲庫（GitHub等等）進行通信；再比如Word，可以從URL打開文件；又或者是我們玩的眾多聯機遊戲，玩家實時相互對戰等等。Java是第一個從一開始就為網絡應用而設計的編程語言，最早的兩個實用Java應用的程序之一就是Web瀏覽器，隨著Internet的不斷發展，Java成為了唯一適合構建下一代網絡應用程序的語言。（節選自Java NetWork Programming——Elliotte Rusty Harold著
一、Client/Server
為了實現兩臺計算機的通信，必須要用一個網絡線路連接兩臺計算機。服務器（Server）是指提供信息的計算機或程序，客戶機（Client）是指請求信息的計算機或程序，而網絡用於連接服務器與客戶機，實現兩者相互通信。
下面我們看一個簡單的通信例子。
如下的Server程序是一個服務器端應用程序，使用 Socket 來監聽一個指定的端口。
1 import java.io.IOException; 2 import java.io.InputStreamReader; 3 import java.io.Reader; 4 import java.net.ServerSocket; 5 import java.net.Socket; 6 7 public class Server { 8 9 public static void main(String[] args) throws IOException {10 int port = 9999;11 12 System.out.println("-----------客戶端啟動-----------");13 14 ServerSocket server = new ServerSocket(port);15 Socket socket = server.accept();16 Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());17 char chars[] = new char[1024];18 int len;19 StringBuilder builder = new StringBuilder();20 while ((len=reader.read(chars)) != -1) {21 builder.append(new String(chars, 0, len));22 }23 System.out.println("收到來自客戶端的信息： " + builder);24 reader.close();25 socket.close();26 server.close();27 }28 29 }
如下的Client是一個客戶端程序，該程序通過 socket 連接到服務器並發送一個請求，然後等待一個響應。
1 import java.io.IOException; 2 import java.io.OutputStreamWriter; 3 import java.io.Writer; 4 import java.net.Socket; 5 import java.util.Scanner; 6 7 public class Client { 8 9 public static void main(String[] args) throws IOException {10 String host = "127.0.0.1";11 int port = 9999;12 13 System.out.println("-----------服務器啟動-----------");14 15 Socket client = new Socket(host, port);16 Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());17 Scanner in = new Scanner(System.in);18 writer.write(in.nextLine());19 writer.flush();20 writer.close();21 client.close();22 in.close();23 }24 25 }
先啟動服務器，運行結果如下：
再運行客戶端，並輸入要發送的信息，如下：
此時Server就接收到了Client發送的消息，如下：
這就是一個簡單的套接字通信了，具體分析見下方TCP。
二、TCP
TCP網絡程序設計是指利用Socket類編寫通信程序，具體實例參照上例。
套接字使用TCP提供了兩臺計算機之間的通信機制。 客戶端程序創建一個套接字，並嘗試連接服務器的套接字。當連接建立時，服務器會創建一個 Socket 對象。客戶端和服務器現在可以通過對 Socket 對象的寫入和讀取來進行通信。java.net.Socket 類代表一個套接字，並且 java.net.ServerSocket 類為服務器程序提供了一種來監聽客戶端，並與他們建立連接的機制。
兩臺計算機間使用套接字建立TCP連接步驟如下：
服務器實例化一個 ServerSocket 對象，表示通過服務器上的端口通信。
服務器調用 ServerSocket 類的 accept() 方法，該方法將一直等待，直到客戶端連接到服務器上給定的端口。
服務器正在等待時，一個客戶端實例化一個 Socket 對象，指定服務器名稱和端口號來請求連接。
Socket 類的構造函數試圖將客戶端連接到指定的服務器和端口號。如果通信被建立，則在客戶端創建一個 Socket 對象能夠與服務器進行通信。
在服務器端，accept() 方法返回服務器上一個新的 socket 引用，該 socket 連接到客戶端的 socket。
連接建立後，通過使用 I/O 流在進行通信，每一個socket都有一個輸出流和一個輸入流，客戶端的輸出流連接到服務器端的輸入流，而客戶端的輸入流連接到服務器端的輸出流。
1. InetAddress
java.net包中的InetAddress類是與IP地址相關的類，利用該類可以獲取IP地址、主機地址等信息。
InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost(); String localName = ip.getHostName(); //獲取本地主機名String localIp = ip.getHostAddress(); //獲取本地主機的ip地址
2. ServerSocket
java.net包中的ServetSocket類用於表示服務器套接字，其主要功能是等待來自網絡上的“請求”，它可以通過指定的端口來等待連接的套接字（如上方實例中的9999）。
而服務器套接字一次可以與一個套接字連接，如果多臺客戶機同時提出連接請求，服務器套接字會將請求連接的客戶機存入隊列中，然後從中取出一個套接字，與服務器新建的套接字連接起來。若請求連接數大於最大容納數，則多出的連接請求被拒絕。
ServerSocket的具體方法可參照API，這裏只對accept()方法進行一個說明。調用accept()方法將返回一個與客戶端Socket對象相連的Socket對象，服務器端的Socket對象使用getOutputStream()方法獲得的輸出流對象，將指向客戶端Socket對象使用getInputStream()方法獲得的輸入流對象，反之亦然。
需要註意的是，accept()方法會阻塞線程的繼續執行，直到接受客戶的呼叫，如果沒有客戶呼叫服務器，那麽下面的代碼將不會執行。
三、UDP
用戶數據包協議（UDP）是網絡信息傳輸的另一種形式，基於UDP的通信與基於TCP的通信不同，UDP的信息傳遞更快，但不提供可靠的保證。
1. DatagramPacket
java.net包中的DatagramPacket類用來表示數據包，構造方法如下：
DatagramPacket(byte[] buf, int length) DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
上述構造方法中，第一種指定了數據包的內存空間和大小，第二種不僅指定了數據包的內存空間和大小，並且指定了數據包的目標地址和端口。
2. DatagramSocket
java.net包中的DatagramSocket類用於表示發送和接受數據包的套接字，構造方法如下：
DatagramSocket() DatagramSocket(int port) DatagramSocket(int port, InetAddress addr)
上述構造方法中，第一種創建數據包套接字並將其綁定到本地主機上任何可用的端口，第二種創建數據包套接字並將其綁定到本地主機上的指定端口，創建數據包套接字並將其綁定到指定的本機地址。
四、實例測試
下面寫一個完整的實例，題目如下：
建立服務端程序，服務器端程序接收來自客戶端的請求；
從網上下載程序，英語900句，每句占一行；
服務端讀取該文件，保存到集合或者列表中；
建立客戶端程序，使用”sentence: <編號#>，<編號#>”的格式發生數據。例如：發送”sentense:1,2,3” ， 服務端把相應編號的句子發送給客戶端，並加以呈現；
客戶端需要把服務端發送的句子保存起來，如果已經保存有相應的句子，將不再保存；
客戶端需要把從服務端獲取的數據存儲到文件中。
1. 程序結構
2. Server.java
該類為客戶端類。
1 import java.io.*; 2 import java.net.ServerSocket; 3 import java.net.Socket; 4 import java.util.ArrayList; 5 import java.util.List; 6 7 /** 8 *
9 * @author adamjwh10 *11 */12 public class Server {13 14 public static List<String> sentence;15 private static String filename = "src/com/adamjwh/jnp/ex6_2/English900.txt";16 17 public static void main(String[] args) throws IOException {18 sentence=new ArrayList<>();19 System.out.println("-----------服務器啟動-----------");20 21 FileReader fileReader = new FileReader(filename);22 BufferedReader br = new BufferedReader(fileReader);23 24 String inputLine = null;25 while ((inputLine = br.readLine()) != null) {26 sentence.add(inputLine);27 }28 29 ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);30 while(true){31 Socket sk =ss.accept();32 ServerThread st = new ServerThread(sk);33 st.start();34 }35 36 }37 }
2. Client.java
該類為服務器類。
import java.io.BufferedReader;import java.io.FileWriter;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintStream;import java.net.Socket;import java.util.Scanner;/**
*
* @author adamjwh
* */public class Client {
private static String filename = "src/com/adamjwh/jnp/ex6_2/result.txt";
public static void main(String[] args) { try {
Socket sk = new Socket("127.0.0.1", 9999);
System.out.println("-----------客戶端啟動-----------");
PrintStream ps = new PrintStream(sk.getOutputStream());
System.out.print("發送：");
Scanner sn = new Scanner(System.in);
String str = sn.nextLine();
ps.println(str);
InputStream is = sk.getInputStream();
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
//寫文件
FileWriter fw = new FileWriter(filename, true); //讀文件
String result = new ReadFile().readFile(filename);
String s; while ((s = br.readLine()) != null) {
System.out.println("服務器推送：" + s); if(!result.contains(s)) {
fw.write(s + "\n");
}
}
sk.shutdownInput();
ps.close();
sk.close();
fw.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
3. ServerThread
通過線程實現信息交互。
1 import java.io.*; 2 import java.net.Socket; 3 4 /** 5 *
6 * @author adamjwh 7 * 8 */ 9 public class ServerThread extends Thread{10 Socket sk;11 public ServerThread(Socket sk){12 this.sk= sk;13 }14 public void run() {15 BufferedReader br=null;16 try{17 br = new BufferedReader(new InputStreamReader(sk.getInputStream()));18 String line = br.readLine();19 System.out.println("客戶端："+line);20 String[] split = line.split(":");21 String[] split1 = split[split.length - 1].split(",");22 sk.shutdownInput();23 24 OutputStream os = sk.getOutputStream();25 26 PrintStream bw = new PrintStream(os);27 28 //給客戶端返回信息29 for(int i=0;i<split1.length;i++) {30 bw.print(Server.sentence.get(Integer.parseInt(split1[i])%Server.sentence.size())+"\n");31 }32 bw.flush();33 br.close();34 sk.close();35 }36 catch(IOException e){37 e.printStackTrace();38 }39 }40 }
4. 運行結果
先運行服務器
再運行客戶端，並輸入信息
服務器接收到客戶端發來的請求
服務器將請求結果推送給客戶端，這裏客戶端就獲取到了它請求的第174句、第258句及第5句，並輸出到文件中
這裏的測試文件我測試到了162（也就是該文件的第15行），可以看到在文件中追加了兩行新的句子（174和258），而第5句因為在之前已經出現過了（該文件的第1行），所以沒有追加第5句，完成上述題目。
Java高級篇——網絡通信