初步接触 Java Net 网络编程

时间 2019-11-21

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本文目的是大概了解 Java 网络编程体系，须要一点点 Java IO 基础，推荐教程系统学习 Java IO。主要参考 JavaDoc 和 Jakob Jenkov 的英文教程《Java Networking》 http://tutorials.jenkov.com/java-networking/index.htmlhtml

Java 网络编程概览

Java 有一个至关容易使用的内置网络 API，能够很容易地经过互联网上的 TCP / IP 套接字或 UDP 套接字进行通讯。 TCP 一般比 UDP 使用得更频繁。java

即便 Java Networking API 容许经过套接字打开和关闭网络链接，但全部通讯都经过 Java IO 类 InputStream 和 OutputStream 实现的。
或者，咱们可使用 Java NIO API 中的网络类。用法相似于 Java Networking API 中的类，但 Java NIO API 能够在非阻塞模式下工做。在某些状况下，非阻塞模式可提高性能。git

Java TCP 网络基础

一般，客户端会打开与服务器的 TCP / IP 链接，而后开始与服务器通讯，当通讯结束后客户端关闭链接。以下图：
github

客户端能够经过一个已打开的链接发送多个请求，实际上，客户端能够向服务器发送尽量多的数据。固然，若是须要，服务器也能够关闭链接。编程

Java 中 Socket 类和 ServerSocket 类

当客户端想要打开到服务器的 TCP / IP 链接时，它使用 Java Socket 类来实现。套接字被告知链接到哪一个 IP 地址和 TCP 端口，其他部分由 Java 完成。数组

若是要启动服务器以侦听来自某个 TCP 端口上的客户端的传入链接，则必须使用 Java ServerSocket 类。当客户端经过客户端套接字链接到服务器的 ServerSocket 时，服务器上会为该链接分配一个 Socket 。客户端和服务器的通讯就是 Socket 到 Socket 的通讯了。服务器

Socket和ServerSocket在后面的文本中有更详细的介绍。网络

Java UDP 网络基础

UDP 的工做方式与 TCP 略有不一样。使用 UDP ，客户端和服务器之间没有链接。客户端能够向服务器发送数据，而且服务器能够（或能够不）接收该数据。客户端永远不会知道数据是否在另外一端收到。从服务器到客户端发送的数据也是如此。
因为没法保证数据传输，所以 UDP 协议的协议开销较小。多线程

在一些状况下，无链接 UDP 模型优于 TCP ，好比传输视频等多媒体文件，缺乏一些数据是不影响观看的。socket

TCP Socket（套接字）

为了经过 Internet 链接到服务器（经过TCP / IP），须要建立一个 Socket 并将其链接到服务器。或者，若是您更喜欢使用 Java NIO ，则可使用 Java NIO SocketChannel 。

建立一个Socket

Socket socket = new Socket("baidu.com", 80);

第一个参数是地址，能够是 ip 或者域名字符串，第二个参数是端口，端口80是Web服务器端口。

写入 Socket

要写入 Socket，必须获取其 OutputStream ：

Socket socket = new Socket("baidu.com", 80);
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

outputStream.write("some data".getBytes());
outputStream.flush();
outputStream.close();

socket.close();

当真的但愿经过互联网向服务器发送数据时，不要忘记调用 flush() 。操做系统中的底层 TCP / IP 实现会先缓冲数据，缓冲块的大小是与 TCP / IP 数据包的大小相适应的，这就是说，调用 flush() 只是通知系统发送，但系统并非当即就帮忙发出去。

从 Socket 读取

要从 Socket 读取，须要获取其 InputStream ：

Socket socket = new Socket("baidu.com", 80);
InputStream in = socket.getInputStream();

int data = in.read();
//... read more data...

in.close();
socket.close();

记住，在读取时咱们不能使用读取 InputStream 返回 -1 来判断数据读取结束，由于只有在服务器关闭链接时才返回 -1 。可是服务器可能并不老是关闭链接，好比经过同一链接发送多个请求。在这种状况下，关闭链接将是很是愚蠢的。

相反，必须知道从 Socket 的 InputStream 中读取多少字节。服务器会告知 Socket 它发送的字节数，或者经过查找特殊的数据结束字符来完成。

使用 Socket 后，必须关闭它以关闭与服务器的链接，这能够经过调用 Socket 对象的 close() 方法完成。

ServerSocket

可使用 ServerSocket 来实现 Java 服务器，这样就能够经过 TCP / IP 侦听来自客户端的传入链接。若是更喜欢使用 Java NIO 而不是 Java Networking（标准API），那么也可使用 ServerSocketChannel 。

建立一个 ServerSocket

这是一个简单的代码示例，它建立一个侦听端口 9000 的 ServerSocket：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);

监听传入的链接

要接受传入链接，必须调用 ServerSocket.accept() 方法。 accept() 方法返回一个 Socket ，其行为相似于普通的 Socket ，示例：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
boolean isStopped = false;
while(!isStopped){
    Socket clientSocket = serverSocket.accept();
    //do something with clientSocket
}

每次调用 accept() 方法时只打开一个传入链接。
此外，只有在运行服务器的线程调用 accept() 时才能接受传入链接。线程在此方法以外执行的全部时间都没有客户端能够链接。所以，“accept”线程一般将传入链接（Socket）传递给工做线程池，而后工做线程与客户端进行通讯。有关多线程服务器设计的更多信息，请参阅教程跟踪 Java 多线程服务器。

关闭客户端 Sockets

一旦客户端请求完成，而且不会从该客户端收到进一步的请求，必须关闭该Socket，就像关闭普通客户端Socket同样。调用：socket.close();

关闭服务端 Sockets

一旦服务器关闭，就须要关闭 ServerSocket 。调用：serverSocket.close();

UDP DatagramSocket（UDP数据报套接字）

DatagramSocket 是 Java 经过 UDP 而不是 TCP 进行网络通讯的机制。 UDP 也是 IP 协议的上层。可使用 DatagramSocket 来发送和接收 UPD 数据报。

UDP 对比 TCP

经过 TCP 发送数据时，首先要建立链接。创建 TCP 链接后，TCP 保证数据到达另外一端，或者它会告诉你发生了错误。

使用 UDP，只需将数据包（数据报）发送到网络上的某个 IP 地址。没法保证数据会到达，也没法保证 UDP 数据包到达的顺序。这意味着 UDP 比 TCP 具备更少的协议开销（没有流完整性检查）。

UDP 适用于数据传输，若是数据包在转换过程当中丢失则可有可无。例如，想象一下经过互联网传输直播电视信号，若是一两帧丢失，这是可有可无的。咱们更不但愿直播延迟只是为了确保全部帧都显示出来。宁愿跳过错过的帧，并直接查看最新的帧。

还有实时监控视频，宁愿丢失一两帧，也不想延迟于现实 30 秒。与摄像机录像的存储有点不一样，将图像从相机录制到磁盘时, 为了保证完整性，可能不但愿丢失单帧，而是更愿意稍微延迟。

DatagramPacket 类

此类表示数据报包。数据报包用来实现无链接包投递服务。

Java 使用 DatagramSocket 表明 UDP 协议的 Socket ，DatagramSocket 自己只是码头，不维护状态，不能产生IO流，它的惟一做用就是接收和发送数据报，使用 DatagramPacket 来表明数据报，DatagramSocket 接收和发送的数据都是经过 DatagramPacket 对象完成的。
每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另外一台机器。从一台机器发送到另外一台机器的多个包可能选择不一样的路由，也可能按不一样的顺序到达。不对包投递作出保证。
引用自李刚《疯狂Java讲义（第2版）》

其全部构造器以下：

方法	描述
DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)	构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf, int length, SocketAddress address)	构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
以上3个在 byte[] buf 参数后面追加 int offset	为长度为 length 的包设置偏移量为 offset

其中

InetAddress 类表示互联网协议 (IP) 地址，能够经过静态方法 getByName(String host) 得到其对象。
SocketAddress 类里面什么都没有。其子类 InetSocketAddress是(IP地址+端口号)类型，也就是端口地址类型，一样可使用静态方法 createUnresolved(String host, int port) 获取对象，另外也能由构造函数 InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 建立，其中 InetAddress 对象可省略，也可用字符串代替。

经过 DatagramSocket 发送数据（DatagramPacket ）

要经过 DatagramSocket 发送数据，必须首先建立一个 DatagramPacket ：

byte[] buffer = new byte[65508];
InetAddress address = InetAddress.getByName("baidu.com");

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, 9000);

字节缓冲区（字节数组）是要在 UDP 数据报中发送的数据。上述缓冲区的长度（65508字节）是能够在单个 UDP 数据包中发送的最大数据量。

DatagramPacket 构造函数中的 buffer.length 是要发送的缓冲区中数据的长度，忽略该数据量以后缓冲区中的全部数据。

InetAddress 实例包含发送 UDP 数据包的节点（例如服务器）的地址。 InetAddress 类表示 IP 地址（Internet地址）。 getByName() 方法返回一个 InetAddress 实例，其 IP 地址与给定的主机名匹配。

port 参数是服务器接收数据正在侦听的 UDP 端口，UDP 和 TCP 端口是不同的。同一台计算机能够有不一样的线程同时监听 UDP 的 80 端口和 TCP 中的 80 端口。不一样协议下，端口号互不干扰，端口只是应用程序的标识。

建立一个 DatagramSocket ：

DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

要发送数据，请调用 send() 方法，以下所示：

datagramSocket.send(packet);

这是一个完整的例子：

public class DatagramExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

        byte[] buffer = "123456789".getBytes();
        InetAddress receiverAddress = InetAddress.getLocalHost();

        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, receiverAddress, 80);
        datagramSocket.send(packet);
    }
}

经过 DatagramSocket 接收数据（DatagramPacket ）

经过 DatagramSocket 接收数据是经过首先建立 DatagramPacket 而后经过 DatagramSocket 的 receive() 方法接收数据来完成的。这是一个例子：

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(80);
byte[] buffer = new byte[10];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

socket.receive(packet);

使用传递给构造函数的参数值 80 来实例化 DatagramSocket , 此参数是 DatagramSocket 接收 UDP 数据包的 UDP 端口。如前所述，TCP 和 UDP 端口不相同，所以不重叠。能够在 TCP 和 UDP 80 端口上侦听两个不一样的进程，而不会发生任何冲突。

其次，建立字节缓冲区和 DatagramPacket 。注意 DatagramPacket 没有关于要发送数据的节点的信息，就像建立 DatagramPacket 用于发送数据时同样。这是由于咱们将使用 DatagramPacket 接收数据而不是发送数据，所以，不须要目标地址。

最后调用 DatagramSocket 的 receive() 方法。此方法将一直阻塞，直到收到 DatagramPacket 。

收到的数据位于 DatagramPacket 的字节缓冲区中。这个缓冲区能够经过调用以下代码获取：

byte[] buffer = packet.getData();

缓冲区会接收多少数据应该由你找到答案。正在使用的协议应指定每一个 UDP 数据包发送的数据量，或指定能够查找到的数据结束标记。真正的服务器程序可能会在循环中调用 receive() 方法，并将全部收到的 DatagramPacket 传递给工做线程池，就像 TCP 服务器对传入链接同样。

URL + URLConnection

java.net 包中两个有趣的类：URL 类和 URLConnection 类，这些类可用于建立与 Web 服务器（HTTP 服务器）的客户端链接。这是一个简单的代码示例：

public class URLExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        URL url = new URL("http://baidu.com");

        URLConnection urlConnection = url.openConnection();
        InputStream inputStream = urlConnection.getInputStream();

        int data = inputStream.read();
        while (data != -1) {
            System.out.print((char) data);
            data = inputStream.read();
        }
        inputStream.close();
    }
}

将会输出

<html>
<meta http-equiv="refresh" content="0;url=http://www.baidu.com/">
</html>

HTTP GET 和 POST

URLConnection 类的做用是构造一个到指定 URL 的 URL 链接。它只有一个构造函数：URLConnection(URL url) 。
默认状况下，URLConnection 向 Web 服务器发送 HTTP GET 请求，即查询数据。若是要发送 HTTP POST 请求提交数据，请调用URLConnection.setDoOutput(true) 方法，以下所示：

URL url = new URL("http://baidu.com");
URLConnection urlConnection = url.openConnection();
urlConnection.setDoOutput(true);

一旦设置了 setDoOutput(true) ，由于要提交数据，因此须要输出流。能够打开 URLConnection 的 OutputStream ，以下所示：

OutputStream output = urlConnection.getOutputStream();

使用此 OutputStream ，能够在 HTTP 请求的正文中编写所需的任何数据。请记住对其进行 URL 编码（参考【基础进阶】URL详解与URL编码，并记得在完成向其写入数据后关闭 OutputStream 。

本地文件的URL

URL 类还可用于访问本地文件系统中的文件。所以，若是须要代码处理来源不明的文件，好比是来自网络仍是本地文件系统，则 URL 类是打开文件的便捷方式。
如下是使用 URL 类在本地文件系统中打开文件的示例：

URL url = new URL("file:/D:/test/test.txt");

URLConnection urlConnection = url.openConnection();
InputStream input = urlConnection.getInputStream();

int data = input.read();
while(data != -1){
    System.out.print((char) data);
    data = input.read();
}
input.close();

请注意，这和经过 HTTP 访问 Web 服务器上的文件的惟一区别是 URL ："file:/D:/test/test.txt" 和 "http://baidu.com"

JarURLConnection

JarURLConnection 类用于链接 Java Jar 文件。链接后能够获取有关 Jar 文件内容的信息。这是一个简单的例子：

String urlString = "http://butterfly.jenkov.com/"
                 + "container/download/"
                 + "jenkov-butterfly-container-2.9.9-beta.jar";

URL jarUrl = new URL(urlString);
JarURLConnection connection = new JarURLConnection(jarUrl);

Manifest manifest = connection.getManifest();
JarFile jarFile = connection.getJarFile();
//do something with Jar file...