Java高级篇——网络通信

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Java高级篇（二）——网络通信

　　网络编程是每个开发人员工具相中的核心部分，我们在学习了诸多Java的知识后，也将步入几个大的方向，Java网络编程就是其中之一。

　　如今强调网络的程序不比涉及网络的更多。除了经典的应用程序，如电子邮件、Web浏览器和远程登陆外，大多数主要的应用程序都有某种程度的内质网络功能。比如我们最常使用的IDE（Eclipse/IDEA）与源代码存储库（GitHub等等）进行通信；再比如Word，可以从URL打开文件；又或者是我们玩的众多联机游戏，玩家实时相互对战等等。Java是第一个从一开始就为网络应用而设计的编程语言，最早的两个实用Java应用的程序之一就是Web浏览器，随着Internet的不断发展，Java成为了唯一适合构建下一代网络应用程序的语言。（节选自Java NetWork Programming——Elliotte Rusty Harold著）

一、Client/Server

　　为了实现两台计算机的通信，必须要用一个网络线路连接两台计算机。服务器（Server）是指提供信息的计算机或程序，客户机（Client）是指请求信息的计算机或程序，而网络用于连接服务器与客户机，实现两者相互通信。

　　下面我们看一个简单的通信例子。

　　如下的Server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。

 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("-----------客户端启动-----------");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("收到来自客户端的信息： " + builder);24         reader.close();25         socket.close();26         server.close();27     }28 29 }

 　　如下的Client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。

 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("-----------服务器启动-----------");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 }

二、TCP

　　TCP网络程序设计是指利用Socket类编写通信程序，具体实例参照上例。

　　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。

　　两台计算机间使用套接字建立TCP连接步骤如下：

• 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。

　　1. InetAddress

　　java.net包中的InetAddress类是与IP地址相关的类，利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。

InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();String localName = ip.getHostName();    //获取本地主机名String localIp = ip.getHostAddress();    //获取本地主机的ip地址

　　2. ServerSocket 

　　java.net包中的ServetSocket类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的“请求”，它可以通过指定的端口来等待连接的套接字（如上方实例中的9999）。

　　而服务器套接字一次可以与一个套接字连接，如果多台客户机同时提出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入队列中，然后从中取出一个套接字，与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接数大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。

　　ServerSocket的具体方法可参照API，这里只对accept()方法进行一个说明。调用accept()方法将返回一个与客户端Socket对象相连的Socket对象，服务器端的Socket对象使用getOutputStream()方法获得的输出流对象，将指向客户端Socket对象使用getInputStream()方法获得的输入流对象，反之亦然。

　　需要注意的是，accept()方法会阻塞线程的继续执行，直到接受客户的呼叫，如果没有客户呼叫服务器，那么下面的代码将不会执行。

三、UDP

　　用户数据包协议（UDP）是网络信息传输的另一种形式，基于UDP的通信与基于TCP的通信不同，UDP的信息传递更快，但不提供可靠的保证。

　　1. DatagramPacket

　　java.net包中的DatagramPacket类用来表示数据包，构造方法如下：

DatagramPacket(byte[] buf, int length)DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)

　　上述构造方法中，第一种指定了数据包的内存空间和大小，第二种不仅指定了数据包的内存空间和大小，并且指定了数据包的目标地址和端口。

　　2. DatagramSocket

　　java.net包中的DatagramSocket类用于表示发送和接受数据包的套接字，构造方法如下：

DatagramSocket()DatagramSocket(int port)DatagramSocket(int port, InetAddress addr)

　　上述构造方法中，第一种创建数据包套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口，第二种创建数据包套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口，创建数据包套接字并将其绑定到指定的本机地址。

 四、实例测试

　　下面写一个完整的实例，题目如下：

• 建立服务端程序，服务器端程序接收来自客户端的请求；

• 从网上下载程序，英语900句，每句占一行；

• 服务端读取该文件，保存到集合或者列表中；

• 建立客户端程序，使用”sentence: <编号#>，<编号#>”的格式发生数据。例如：发送”sentense:1,2,3” ， 服务端把相应编号的句子发送给客户端，并加以呈现；

• 客户端需要把服务端发送的句子保存起来，如果已经保存有相应的句子，将不再保存；

• 客户端需要把从服务端获取的数据存储到文件中。

 　　1. 程序结构

　　2. Server.java

　　该类为客户端类。

 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("-----------服务器启动-----------");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

　　该类为服务器类。

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("-----------客户端启动-----------");            PrintStream ps = new PrintStream(sk.getOutputStream());            System.out.print("发送：");            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);                        //写文件            FileWriter fw = new FileWriter(filename, true);            //读文件            String result = new ReadFile().readFile(filename);                        String s;            while ((s = br.readLine()) != null) {                System.out.println("服务器推送：" + s);                if(!result.contains(s)) {                    fw.write(s + "\n");                }            }            sk.shutdownInput();            ps.close();            sk.close();            fw.close();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

　　3. ServerThread

　　通过线程实现信息交互。

 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("客户端："+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             //给客户端返回信息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. 运行结果

　　先运行服务器

　　再运行客户端，并输入信息

　　服务器接收到客户端发来的请求

 　　服务器将请求结果推送给客户端，这里客户端就获取到了它请求的第174句、第258句及第5句，并输出到文件中

　　这里的测试文件我测试到了162（也就是该文件的第15行），可以看到在文件中追加了两行新的句子（174和258），而第5句因为在之前已经出现过了（该文件的第1行），所以没有追加第5句，完成上述题目。