14-网络编程
14—网络编程
1. 网络编程概述
- Java是Internet上的语言,它从语言级上提供了对网络应用程序的支持,程序员能够很容易开发常见的网络程序应用
- Java提供的网络类库。可以实现无痛的网络连接,联网的底层细节被隐藏在Java的本机安装系统里,由JVM进行控制。并且Java实现了一个跨平台的网络库,程序员面对的是一个同一的网络编程环境
- 网络编程的目的:直接或间接地通过网络协议与其他计算机实现数据交换,进行通讯
- 网络编程中有两个主要的问题:
- 如何准确地定位网络上一台或多台主机;定位主机上的特定应用
- 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输
2. 网络通信要素概括
2.1 如何实现网络中地主机相互通信
- 通信双方地址
- IP
- 端口号
- 一定的规则(即:网络通信协议。有两套参考模型)
- OSI参考模型:模型过于理想化,未能在英特网上进行广泛推广
- TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议):事实上的国际标准


3. 通信要素1:IP和端口号
3.1 IP地址:InetAddress
唯一的标识Internet上的计算机(通信实体)
本地回环地址(hostAddress):127.0.0.1 主机名(hostName):localhost
IP地址分类方式1:IPV4 和 IPV6
- IPV4:4个字节组成,4个0-255。大概42亿,30亿都在北美,亚洲4亿。2011年初已经用尽。以点分十进制表示,如192.168.0.1
- IPV6:128位(16个字节),写成8个无符号整数,每个整数用四个十六进制位表示, 数之间用冒号(:)分开,如:3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
IP地址分类方式2:公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。192.168. 开头的就是私有址址,范围即为192.168.0.0–192.168.255.255,专门为组织机构内部使用
端口号标识正在计算机上运行的进程(程序)
- 不同的进程有不同的端口号
- 被规定为一个16位的整数0-65535
- 端口分类:
- 公认端口:0-1023。被预先定义的服务通信占用(如:HTTP占用端口80,FTP占用端口21,TeInet占用端口23)
- 注册端口:1024-49151分配给用户进程或应用程序。(如:Tomcat占用端口8080,MySQL占用端口3360,Oracle占用端口1521等)
- 动态/私有端口:49152-65535
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字:Socket

3.2 InetAddress类
- Internet上的主机有两种方式表示地址:
- 域名(hostName):www.baidu.com
- IP地址(hostAddress):202.108.22.5
- InetAddress类主要表示IP地址,两个子类:Inet4Address、Inet6Address
- InetAddress类对象主要含有一个Internet主机地址的域名和IP地址:www.baidu.com和202.108.22.5
- 域名容易记忆,当在连接网络时输入一个主机的域名后,域名服务器(DNS)负责将域名转化为IP地址,这样才能和主机建立连接——域名解析
- 先找本机的hosts,是否有输入的域名地址,没有的话,再通过DNS服务器,找主机
- InetAddress类没有提供公共的构造器,而是提供如下几个静态方法来获取InetAddress实例
- public static InetAddress getLocalHost()
- public static InetAddress getByName(String host)
- InetAddress提供了如下几个常用的方法
- public String getHostAddress():返回IP地址字符串(以文本表现形式)
- public String getHostName():获取此IP地址的主机名
- public boolean isReachable(int timeout):测试是否可以达到该地址
1 | InteAddress address_1 = InetAddress.getByName("www.baidu.com"); |
4. 通信要素2:网络协议
网络通信协议
计算机网络中实现通信必须要有一些约定,即通信协议,对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等指定标准
问题:网路协议太复杂
计算机网络通信涉及内容很多,比如指定源地址和目标地址,加密解密,压缩解压缩,差错控制,流量控制,路由控制,如何实现复杂的网络协议呢?
通信协议分层思想
在制定协议是,把复杂成分分解成一些简单的成分,再将它们复合起来。最常用的复合方式时层次方式,即同层间可以互相通信、上一层可以调用下一层,而与再下一层不发生关系。各层互不影响,利于系统的开发和扩展
4.1 TCP/IP协议簇
- 传输层协议中有两个非常重要的协议:
- 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
- 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)
- TCP/IP以其两个主要协议:传输控制协议(TCP)和互联网协议(IP)而得名,实际上是一组协议,包括多个具有不同功能且互为关联的协议
- IP(Internet Protocol)协议是从网络层的主要协议,支持网间互连的数据通信。
- TCP/IP协议模型从更实用的角度出发,形成了高效的四层体系结构,即物理链路层、IP层、传输层和应用层
4.2 TCP和UDP
- TCP协议
- 使用TCP协议前,须先建立TCP连接,形成数据传输通道
- 传输前,采用”三次握手“方式,点对点通信,是可靠的
- TCP协议进程通信的两个应用进程:客户端、服务端
- 再连接中可进行大量数据的传输
- 传输完毕,需释放已经建立的连接,效率低
- UDP协议
- 将数据、源、目的封装成数据包,不需要进行连接
- 每个数据报的大小限制在64K内
- 发送方不管对方是否准备好,接收方收到也不确认,故是不可靠的
- 可以广播发送
- 发送数据结束时无需释放资源,开销小,速度快
4.3 Socket
- 利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用,以至于成为事实上的标准
- 网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字
- 通信的两端都要有Socket,是两台机器间通信的端点
- 网络通信其实就是Socket间的通信
- Socket允许程序把网络连接当成一个流,数据在两个Socket间通过IO传输
- 一般主动发起通信的应用程序属于客户端,等待通信请求的为服务端
- Socket分类:
- 流套接字(stream socket):使用TCP提供可依赖的字节流服务
- 数据报套接字(datagram socket):使用UDP提供”尽力而为”的数据报服务
- Socket类常用的构造器:
- public Socket(InetAddress address, int port)创建一个流套接字,并将其连接到指定IP地址的指定端口号
- public Socket(String host, int port)创建一个流套接字并将其连接到指定端口号
- Socket类的常用方法:
- public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
- public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发哦那个网络消息
- public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到远程的IP地址;如果套接字是未连接的,则返回null
- public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。即本端的IP地址
- public int getPort()此套接字连接到的远程端口号;如果尚未连接套接字,则返回0
- public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口号。如果尚未绑定套接字,则返回-1
- public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后,便不可在以后的网络连接中使用(即无法重新连接或重新绑定)。需要创建新的套接字对象。关闭此套接字也会关闭该套接字的InputStream和OutputStream
- public void shutdownInput()如果在套接字上调用shutdownInput()后从套接字输入流读取内容,则流将返回EOF(文件结束符)。即不能再从此套接字的输入流中接收任何数
- public void shutdownOutput()禁用此套接字的输入流。对于TCP套接字,任何以前写入的数据都将被发送,并且后跟TCP的正常中止序列。如果在套接字上调用shutdownOutput()后写入套接字输出流,则该流将抛出IOException。即不能通过此套接字的输出流发送任何数据
5. TCP网络编程
5.1 基于Socket的TCP编程
Java语言的基于套接字编程分为服务点编程和客户端编程,其通信模型如图所示

客户端Socket的工作过程包含以下四个基本步骤
创建Socket:根据指定服务端口的IP地址或端口号构造Socket类对象。若服务器端口响应,则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败会出现异常
打开连接到Socket的输入/输出流:使用getInputStram()方法获得输入流,使用getOutputStream()方法获得输出流,进行数据传输
按照一定的协议对Socket进行读/写操作:通过输入流读取服务器放入线路的信息(但不能读取自己的放入线路的信息)。通过输出流将信息写入线程
关闭Socket:断开客户端到服务器的连接,释放线路
客户端创建Socket对象
客户端程序可以使用Socket类创建对象,创建的同时会自动向服务器发起连接。Socket的构造器是:
- Socket(String host, int port)throws UnkonwnHostException,IOException:向服务器(域名是host。端口号为port)发起TCP连接,若成功,则创建Socket对象,否则抛出异常
- Socket(InetAddress address, int port)throws IOException:根据InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接
客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求
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4Socket s = new Socket("192.168.40.165",9999);
OutputStream out = s.getOutputStream();
out.write("hello".getBytes());
s.close();
服务器程序的工作过程包含以下四个基本步骤:
调用ServerSocket(int port):创建一个服务器端套接字,并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求
调用accept():监听连接请求,如果客户端请求连接,则接收连接,返回通信套接字对象
调用该Socket类对象的getOutputStream()和getInputStream():获取输出流和输入流,开始网络数据的发送和接收
关闭ServerSocket和Socket对象:客户端访问结束,关闭通信套接字
服务器建立ServerSocket对象
ServerSocket对象负责等待客户端请求建立套接字连接,类似邮局某个窗口中的业务员。也就是说,服务器必须实现建立一个等待客户请求建立套接字连接的ServerSocket对象
所谓”接收“客户的套接字请求,就是accept()方法会返回一个Socket对象
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9ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
Socket s = ss.accept();
InputStream in = s.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int num = in.read(buf);
String str = new String(buf,0,num);
System.out.println(s.getInetAddress().toString() + " :" + str);
s.close();
ss.close();

客户端—服务端
- 客户端:
- 自定义
- 浏览器
- 服务端
- 自定义
- Tomcat服务器
5.2 示例
1 | package TCP编程; |
6. UDP网络编程
- 类DatagramSocket和DatagramPacket实现了基于UDP协议网络程序
- UDP数据报通过数据报套接字DatagramSocket发送和接收,系统不保证UDP数据报一定能够安全送到目的地,也不能确定什么时候可以抵达
- DatagramPacket对象封装了UDP数据报,在数据报中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号
- UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息,因此无需建立发送方和接收方的连接。如同发快递包裹一样
6.1 DatagramSocket类的常用方法
- public DatagramSocket(int port)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字被绑定到通配符地址,IP地址由内核来选择
- public DatagramSocket(int port, InetAddress Iaddr)创建数据报套接字,将其绑定到指定的本地地址。本地端口必须在0-65535之间(包括两者)。如果IP地址为0.0.0.0,套接字将被绑定到通配符地址,IP地址由内核选择
- public void close()关闭此数据报套接字
- public void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据包。DatagramPacket包含的信息将指示:将要发送的数据、其长度、远程主机的IP地址和远程主机的端口号。
- public void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据包。当此方法返回时,DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的IP地址和发送机器上的端口号。此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的length字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长,该信息将被截短
- public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址
- public int getLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号
- public InetAddress getInetAddress()返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接,则返回null
- public int getPort()返回此套接字的端口。如果套接字未连接,则返回-1
- public DatagramPacket(byte[] buf, int length)构造DatagramPacket,用来接收长度为length的数据包。length参数必须小于等于buf.length
- public DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress, int port)构造数据包,用来将长度为length的包发送到指定主机的指定端口号。length参数必须小于等于buf.length
- public InetAddress getAddress()返回某台机器的IP地址,此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的
- public int getPort()返回某台远程主机的端口号,此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的
- public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量offset处开始,持续length长度
- public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度
6.2 UDP网络通信
流程:
- DatagramSocket与DatagramPacket
- 建立发送端,接收端
- 建立数据包
- 调用Socket的发送、接收方法
- 关闭Socket
发送端与接收端是两个独立的运行程序
发送端
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13DatagramSocket ds = null;
try{
ds = new DatagramSocket();
byte[] by = "hello".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,0,by.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10000);
ds.send(dp);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(ds != null){
ds.close();
}
}接收端,在接收端,要指定监听的端口
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15DatagramSocket ds = null;
try{
ds = new DatagramSocket(10000);
byte[] by = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length);
ds.receive(dp);
String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println(str + "——" + dp.getAddress());
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(ds != null){
ds.close();
}
}
6.3 示例
1 | package UDP编程; |
7. URL编程
7.1 URL类
URL(Uniform Resource Locator):统一资源定位符,它表示Internet上某一资源的地址
它是一种具体的URI,即URL可以用来表示一个资源,而且还指明了如何locate这个资源
通过URL我们可以访问Internet上的各种网络资源,比如最常见的www,ftp站点。浏览器通过解析给定的URL可以在网络上查找相应的文件或其他资源
URL的基本结构由5部分组成:
<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表
例如:
http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp#a?username=shkstart&password=123
片段名:即锚点,例如看小说,之间定位到章节
参数列表格式:参数名 = 参数值 & 参数名 = 参数值…
7.2 URL类构造器
为了表示URL,java.net中实现了类URL。我们可以通过下面的构造器来初始化一个URL对象:
public URL(String spec):通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。
URL url = new URL(“https://www.baidu.com");
public URL(URL context, String spec):通过基 URL 和相对 URL 构造一个 URL 对象。
URL downloadUrl = new URL(url, “download.html”)
public URL(String protocol, String host, int port, String file);
URL gamelan = new URL(“http”, “www.baidu.com", 80, “download.html”);
URL类的构造器都声明抛出非运行时异常,必须要对这一异常进行处理,通 常是用 try-catch 语句进行捕获。
7.3 URL常用方法
- 一个URL对象生成后,其属性是不能被改变的,但可以通过它给定的方法来获取这些属性
- public String getProtocol() 获取该URL的协议名
- public String getHost() 获取该URL的主机号
- public String getPort() 获取该URL的端口号
- public String getPath() 获取该URL的文件路径
- public String getFile() 获取该URL的文件名
- public String getQuery() 获取该URL的查询名
1 | URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/myTest.txt"); |
7.3 针对HTTP协议的URLConnection类
- URL的方法openStream():能从网络上读取数据
- 若希望输出数据,例如向服务器端的CGI(公共网关接口-Common Gateway Interface-简称,是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口)程序发送一次额数据,必须先与URL建立连接,然后才能对其进行读写,此时需要使用URLConnection
- URLConnection:表示到URL所引用的远程对象的连接。当与一个URL建立连接时,首先要在一个URL对象上通过方法openConnection()生成对应的URLConnection对象。如果连接过程失败,将产生IOExecption
- URL netchinaren = new URL (“http://www.baiduu.com/index.shtml");
- URLConnectonn u = netchinaren.openConnection( );
- 通过URLConnection对象获取的输入流和输出流,即可以与现有的CGI 程序进行交互。
- public Object getContent( ) throws IOException
- public int getContentLength( )
- public String getContentType( )
- public long getDate( )
- public long getLastModified( )
- public InputStream getInputStream( )throws IOException
- public OutputSteram getOutputStream( )throws IOException
7.3.1 URI、URL和URN的区别
URI,是uniform resource identifier,统一资源标识符,用来唯一的标识一个 资源。而URL是uniform resource locator,统一资源定位符,它是一种具体 的URI,即URL可以用来标识一个资源,而且还指明了如何locate这个资源。 而URN,uniform resource name,统一资源命名,是通过名字来标识资源, 比如mailto:java-net@java.sun.com。也就是说,URI是以一种抽象的,高层 次概念定义统一资源标识,而URL和URN则是具体的资源标识的方式。URL 和URN都是一种URI。
在Java的URI中,一个URI实例可以代表绝对的,也可以是相对的,只要它符 合URI的语法规则。而URL类则 不仅符合语义,还包含了定位该资源的信息, 因此它不能是相对的。

7.4 示例
1 | package URL编程; |
8.小结
- 位于网络中的计算机具有唯一的IP地址,这样不同的主机可以互相区分。
- 客户端-服务器是一种最常见的网络应用程序模型。服务器是一个为其客户端提供某种特定 服务的硬件或软件。客户机是一个用户应用程序,用于访问某台服务器提供的服务。端口号 是对一个服务的访问场所,它用于区分同一物理计算机上的多个服务。套接字用于连接客户 端和服务器,客户端和服务器之间的每个通信会话使用一个不同的套接字。TCP协议用于实 现面向连接的会话。
- Java 中有关网络方面的功能都定义在 java.net 程序包中。Java 用 InetAddress 对象表示 IP 地址,该对象里有两个字段:主机名(String) 和 IP 地址(int)。
- 类 Socket 和 ServerSocket 实现了基于TCP协议的客户端-服务器程序。Socket是客户端 和服务器之间的一个连接,连接创建的细节被隐藏了。这个连接提供了一个安全的数据传输 通道,这是因为 TCP 协议可以解决数据在传送过程中的丢失、损坏、重复、乱序以及网络 拥挤等问题,它保证数据可靠的传送。
- 类 URL 和 URLConnection 提供了最高级网络应用。URL 的网络资源的位置来同一表示 Internet 上各种网络资源。通过URL对象可以创建当前应用程序和 URL 表示的网络资源之 间的连接,这样当前程序就可以读取网络资源数据,或者把自己的数据传送到网络上去。