Java之网络编程初步探索

最近一直在啃Java，学下来一天，代码也敲了不少，但晚上回寝室的时候总感觉头晕，仔细想想，脑子一团浆糊，还是得整理一下，不然真的学过了就忘，虽然本人十分懒，但还是得强迫一下自己才能进步。
整个文章分为以下几个部分：
1.一些基本协议的介绍
2.InetAddress类介绍
3.URL网络编程
4.TCP网络编程
5.总结

一些基本协议的介绍

1.TCP协议

TCP（Transmission Control Protocol），指的是传输控制协议，它是网络传输层的协议，主要负责数据的分组和重组。TCP协议提供了一种可靠的数据传输服务，它是面向连接的，大多数的网络应用程序都使用TCP来实现传输层。它可以保证数据传送的时间、顺序和内容的准确无误。但是使用TCP要大量的网络开销，所有如果希望实现高效率的传输，那么TCP就不行了。TCP所提供的服务主要有以下特点：

• 面向连接的传输
• 端到端的通信
• 高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序
• 全双工方式传输
• 采用字节流方式，即以字节为单位传送字节序列
• 紧急数据传送功能

2.IP协议

IP（Internet Protocol）网络之间互联的协议，简称为网协，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，任何厂家生产的计算机系统，只要遵循IP协议就可以与因特网互联互通。

IP地址是一个32位（IPv4）或128位（IPv6）的无符号数字，使用4组数字表示一个固定的编号，数字之间用一个点号隔开，例如192.168.168.168就代表网络中一个计算机唯一的地址编号。

3.UDP协议

UDP（User Datagram Protocol），指的是用户数据报协议。它和TCP一样，都是网络传输层上的协议，但它与TCP有本质的区别。使用UDP，不保证数据一定能到达目的地，也不保证到达的顺序，但是UDP占用资源比较少，所有一般使用在一些可靠性要求比较低的网络应用上，比如网络视频会议、在线影视和聊天室等音频、视频数据传输。

4.端口

端口（Port）可以理解成计算机与外界通信的窗户。网络上的一台计算机可以提供多个服务，例如web服务，ftp服务，Telnet服务等，那么该如何识别这些服务呢？单靠一个IP地址肯定是不行的，应该一个计算机就只有一个唯一的IP地址，那么我们就可以通过IP+Port的形式来区分，当一个信息到达时，根据其请求的端口号，就可以判断出应该提供哪个服务了。

一些常见的端口有：HTTP：80 FTP：21 Telnet：23 SMTP：25

5.套接字

套接字（Socket）是支持TCP/IP网络通信的基本操作单元。可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端面点，简单说就是通信的双方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。某个程序将一段信息写入套接字，该套接字就会把这段信息发给另一个套接字，就像电话线的两端一样，这样另一端的程序就能通过另一端的套接字收到这段信息，所以套接字编程也成为Socket编程。

6.Java.net包

在Java的API中，Java.net包是被用来提供网络服务的。

大致有这么些接口和类。可以分为以下两类：

1. 低级API，用于处理网络地址（也就是网络标识符，如IP地址）、套接字（也就是基于双向数据通信机制）和接口（用于描述网络接口）。
2. 高级API，用于处理URI（表示统一资源标识符）、URL（表示统一资源定位符）、URLConnection连接（表示到URL所指向资源的连接）等。

InetAddress类介绍

InetAddress表示互联网协议（IP）地址，用于描述和包装一个Internet IP地址。

InetAddress没有构造方法，可以通过以下三个方法返回一个InetAddress实例：

• getLocalHost():返回本地地址的实例
• getAllByName(String host):返回封装host地址的InetAddress实例数组
• getByName(String host):返回封装host地址的InetAddress实例，其中host可以是域名或者是一个合法的IP地址。

InetAddress有一些常用的方法可以查阅API文档，下面来一段代码看看常用的方法

public class Test01  { 
    public static void main(String[] args) { 
        InetAddress ia = null; 
        try { 
            // 返回本地主机 
            ia = InetAddress.getLocalHost(); 
        } catch(UnknownHostException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        System.out.println("本机的主机名为: " + ia.getHostName()); 
        System.out.println("本机的IP为: " + ia.getHostAddress()); 
    }
}

输出为

本机的主机名为: liu-PC
本机的IP为: 192.168.56.1

URL网络编程

URL是统一资源定位符，由两部分组成：协议标识和资源名称。

URL类提供多个方法，可以获取URL对象的协议、主机号、端口号、路径、查询字符串、文件名和资源引用。

URLConnection类用来表示与URL建立的通信连接，调用URL类的openConnection()方法可以获得URLConnection对象，获得对象后，可以调用该对象的connect()方法来连接远程资源。连接远程资源后，就可以执行相关操作，包括查询HTTP请求头信息、访问资源数据等，以及写入相关内容。

public class Test02 { 
    public static void main(String[] args) throws IOException{ 
        URL url = null; 
        URLConnection urlc = null; 
        try { 
            url = new URL("http://www.codeliu.com"); 
            // URLConnection为抽象类，不能实例化 
            //URLConnection urlc = new URLConnection(url); 
            urlc = url.openConnection(); 
        } catch (MalformedURLException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        // 输出URL对象的协议 
        System.out.println("protocol = " + url.getProtocol()); 
        // 输出URL对象的主机号和端口号 
        System.out.println("authority = " + url.getAuthority()); 
        // 输出URL的主机名 
        System.out.println("host = " + url.getHost()); 
        // 输出URL的端口号 ,未设置端口号，则返回-1 
        System.out.println("port = " + url.getPort()); 
        // 建立连接 
        urlc.connect(); 
        System.out.println("content = " + urlc.getContent()); 
        System.out.println(urlc.getURL()); 
    }
}

TCP网络编程

通过TCP进行通信的双方成为服务端和客户端。服务端和客户端可是是两台计算机，也可以是一台计算机。服务器端和客户端运行的程序有所不同，下面会详细介绍。

套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

在Java.net包中，有一个Socket类，用来建立Socket套接字，还有一个ServerSocket类，用在服务器端，里面的accept()方法，用来监听和接收客户端的连接请求。

服务器端的设计

服务器端要同时用到Socket类和ServerSocket类。通常有以下步骤：

1. 创建类ServerSocket的实例对象，调用构造方法初始化进行连接的端口号。
2. 调用ServerSocket类的方法accept()，等待监听客户端的连接请求，当和客户端建立连接后，accept()方法将返回服务器端的Socket对象，通过该Socket可以和客户端进行数据通信。
3. 通过调用服务器端Socket的方法getInputStream()和getOutputStream()，获得对应的输入流和输出流。
4. 通过获得的输入流和输出流与客户端进行数据通信，并处理从客户端获得的数据以及要向客户端发送的数据。
5. 数据传输结束后，关闭输入流、输出流和套接字。

public class Test03 { 
    public static void main(String[] args) throws IOException{ 
        ServerSocket server = null; 
        // 创建ServerSocket实例，参数为监听的端口号 
        server = new ServerSocket(80); 
        System.out.println("服务器已启动，正在等待连接...."); 
        Socket client = null; 
        // 阻塞，等待客户端连接 
        client = server.accept(); 
        System.out.println("客户端建立连接"); 
        // 获得Socket连接的字节输入流并转换为缓冲字节流 
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
        // 获取Socket连接的打印输出流 
        PrintWriter out = new PrintWriter(client.getOutputStream()); 
        while(true) { 
            // 读取一行内容 
            String str = in.readLine(); 
            System.out.println(str); 
            out.println("已接收到..."); 
            out.flush(); 
            if(str.equals("end")) { 
                break; 
            } 
        } 
        in.close(); 
        out.close(); 
        client.close(); 
        server.close(); 
    }
}

客户端的设计

客户端程序只需要用到java.net.Socket类。在服务器/客户端的网络应用程序中，每次的TCP连接请求都会由客户端向服务器端发起。客户端建立通常有以下4个步骤

1. 创建Socket类实例，在创建Socket实例时要指定服务器的主机名以及要进行连接的端口号(此端口号一定要与服务器的ServerSocket实例所监听的端口号一致)。
2. 调用客户端Socket的方法getInputStream()和getOutputStream()获得该Socket对应的输入流和输出流。
3. 通过获得输入流和输出流与服务器进行数据通信，并处理从服务器获得的数据以及要向服务器发送的数据。
4. 数据传输结束后，关闭输入流、输出流和套接字。

public class WebClientDemo { 
    public static void main(String[] args) throws IOException { 
        // 创建Socket端口，连接IP的80端口 
        Socket client = new Socket("www.codeliu.com", 80); 
        System.out.println("服务器IP是" + client.getInetAddress()); 
        System.out.println("服务器端口号是" + client.getPort()); 
        System.out.println("客户机IP是" + client.getLocalAddress()); 
        System.out.println("客户机端口号是" + client.getLocalPort()); 
    }
}

看完上面是不是有点懵懵的，下面看看我画的一张图应该就更好理解了

总结

本文讲述的只是一些最基本的知识点，也不全面，因为我也是第一次学习Socket编程，写这篇文章只是希望能记录一下知识点，方便以后复习查阅，上面这点代码对于理解TCP编程肯还不够，我还写了一个小小的服务端客户端通信的示例，对理解TCP编程有一定的帮助，因为代码太多，就不贴了，不然篇幅太长了。如果错误和意见，欢迎批评指正。

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