Java 網路程式設計

Java 網路程式設計

網路程式設計是指編寫執行在多個裝置（計算機）的程式，這些裝置都通過網路連線起來。

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有類和介面，它們提供低層次的通訊細節。你可以直接使用這些類和介面，來專注於解決問題，而不用關注通訊細節。

java.net 包中提供了兩種常見的網路協議的支援：

  • TCP：TCP（英語：Transmission Control Protocol，傳輸控制協議） 是一種面向連線的、可靠的、基於位元組流的傳輸層通訊協議，TCP 層是位於 IP 層之上，應用層之下的中間層。TCP 保障了兩個應用程式之間的可靠通訊。通常用於網際網路協議，被稱 TCP / IP。

  • UDP：UDP （英語：User Datagram Protocol，使用者資料報協議），位於 OSI 模型的傳輸層。一個無連線的協議。提供了應用程式之間要傳送資料的資料報。由於UDP缺乏可靠性且屬於無連線協議，所以應用程式通常必須容許一些丟失、錯誤或重複的資料包。

本教程主要講解以下兩個主題。

  • Socket 程式設計：這是使用最廣泛的網路概念，它已被解釋地非常詳細。

  • URL 處理：這部分會在另外的篇幅裡講，點選這裡更詳細地瞭解在 Java 語言中的 URL 處理。

Socket 程式設計

套接字使用TCP提供了兩臺計算機之間的通訊機制。 客戶端程式建立一個套接字，並嘗試連線伺服器的套接字。

當連線建立時，伺服器會建立一個 Socket 物件。客戶端和伺服器現在可以通過對 Socket 物件的寫入和讀取來進行通訊。

java.net.Socket 類代表一個套接字，並且 java.net.ServerSocket 類為伺服器程式提供了一種來監聽客戶端，並與他們建立連線的機制。

以下步驟在兩臺計算機之間使用套接字建立TCP連線時會出現：

  • 伺服器例項化一個 ServerSocket 物件，表示通過伺服器上的埠通訊。

  • 伺服器呼叫 ServerSocket 類的 accept() 方法，該方法將一直等待，直到客戶端連線到伺服器上給定的埠。

  • 伺服器正在等待時，一個客戶端例項化一個 Socket 物件，指定伺服器名稱和埠號來請求連線。

  • Socket 類的建構函式試圖將客戶端連線到指定的伺服器和埠號。如果通訊被建立，則在客戶端建立一個 Socket 物件能夠與伺服器進行通訊。

  • 在伺服器端，accept() 方法返回伺服器上一個新的 socket 引用，該 socket 連線到客戶端的 socket。

連線建立後，通過使用 I/O 流在進行通訊，每一個socket都有一個輸出流和一個輸入流，客戶端的輸出流連線到伺服器端的輸入流，而客戶端的輸入流連線到伺服器端的輸出流。

TCP 是一個雙向的通訊協議，因此資料可以通過兩個資料流在同一時間傳送.以下是一些類提供的一套完整的有用的方法來實現 socket。

ServerSocket 類的方法

伺服器應用程式通過使用 java.net.ServerSocket 類以獲取一個埠,並且偵聽客戶端請求。

ServerSocket 類有四個構造方法：

序號 方法描述
1 public ServerSocket(int port) throws IOException
建立繫結到特定埠的伺服器套接字。
2 public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
利用指定的 backlog 建立伺服器套接字並將其繫結到指定的本地埠號。
3 public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException
使用指定的埠、偵聽 backlog 和要繫結到的本地 IP 地址建立伺服器。
4 public ServerSocket() throws IOException
建立非繫結伺服器套接字。

建立非繫結伺服器套接字。 如果 ServerSocket 構造方法沒有丟擲異常，就意味著你的應用程式已經成功繫結到指定的埠，並且偵聽客戶端請求。

這裡有一些 ServerSocket 類的常用方法：

序號 方法描述
1 public int getLocalPort()
  返回此套接字在其上偵聽的埠。
2 public Socket accept() throws IOException
偵聽並接受到此套接字的連線。
3 public void setSoTimeout(int timeout)
 通過指定超時值啟用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒為單位。
4 public void bind(SocketAddress host, int backlog)
將 ServerSocket 繫結到特定地址（IP 地址和埠號）。

Socket 類的方法

java.net.Socket 類代表客戶端和伺服器都用來互相溝通的套接字。客戶端要獲取一個 Socket 物件通過例項化 ，而 伺服器獲得一個 Socket 物件則通過 accept() 方法的返回值。

Socket 類有五個構造方法.

序號 方法描述
1 public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException.
建立一個流套接字並將其連線到指定主機上的指定埠號。
2 public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException
建立一個流套接字並將其連線到指定 IP 地址的指定埠號。
3 public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
建立一個套接字並將其連線到指定遠端主機上的指定遠端埠。
4 public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
建立一個套接字並將其連線到指定遠端地址上的指定遠端埠。
5 public Socket()
通過系統預設型別的 SocketImpl 建立未連線套接字

當 Socket 構造方法返回，並沒有簡單的例項化了一個 Socket 物件，它實際上會嘗試連線到指定的伺服器和埠。

下面列出了一些感興趣的方法，注意客戶端和伺服器端都有一個 Socket 物件，所以無論客戶端還是服務端都能夠呼叫這些方法。

序號 方法描述
1 public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException
將此套接字連線到伺服器，並指定一個超時值。
2 public InetAddress getInetAddress()
 返回套接字連線的地址。
3 public int getPort()
返回此套接字連線到的遠端埠。
4 public int getLocalPort()
返回此套接字繫結到的本地埠。
5 public SocketAddress getRemoteSocketAddress()
返回此套接字連線的端點的地址，如果未連線則返回 null。
6 public InputStream getInputStream() throws IOException
返回此套接字的輸入流。
7 public OutputStream getOutputStream() throws IOException
返回此套接字的輸出流。
8 public void close() throws IOException
關閉此套接字。

InetAddress 類的方法

這個類表示網際網路協議(IP)地址。下面列出了 Socket 程式設計時比較有用的方法：

序號 方法描述
1 static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
在給定原始 IP 地址的情況下，返回 InetAddress 物件。
2 static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)
根據提供的主機名和 IP 地址建立 InetAddress。
3 static InetAddress getByName(String host)
在給定主機名的情況下確定主機的 IP 地址。
4 String getHostAddress() 
返回 IP 地址字串（以文字表現形式）。
5 String getHostName() 
 獲取此 IP 地址的主機名。
6 static InetAddress getLocalHost()
返回本地主機。
7 String toString()
將此 IP 地址轉換為 String。

Socket 客戶端例項

如下的 GreetingClient 是一個客戶端程式，該程式通過 socket 連線到伺服器併發送一個請求，然後等待一個響應。

GreetingClient.java 檔案程式碼：

// 檔名 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("連線到主機：" + serverName + " ，埠號：" + port); Socket client = new Socket(serverName, port); System.out.println("遠端主機地址：" + 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("伺服器響應： " + in.readUTF()); client.close(); }catch(IOException e) { e.printStackTrace(); } } }

Socket 服務端例項

如下的GreetingServer 程式是一個伺服器端應用程式，使用 Socket 來監聽一個指定的埠。

GreetingServer.java 檔案程式碼：

// 檔名 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("等待遠端連線，埠號為：" + serverSocket.getLocalPort() + "..."); Socket server = serverSocket.accept(); System.out.println("遠端主機地址：" + server.getRemoteSocketAddress()); DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream()); System.out.println(in.readUTF()); DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream()); out.writeUTF("謝謝連線我：" + 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(); } } }

編譯以上兩個 java 檔案程式碼，並執行以下命令來啟動服務，使用埠號為 6066：

$ javac GreetingServer.java 
$ java GreetingServer 6066
等待遠端連線，埠號為：6066...

新開一個命令視窗，執行以上命令來開啟客戶端：

$ javac GreetingClient.java 
$ java GreetingClient localhost 6066
連線到主機：localhost ，埠號：6066
遠端主機地址：localhost/127.0.0.1:6066
伺服器響應： 謝謝連線我：/127.0.0.1:6066
Goodbye!