Java网络编程基础用法详解

2023-05-19 20:05:52 详解用法网络编程

网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。java.net 包中 J2SE 的 api 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口，来专注于解决问题，而不用关注通信细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

TCP：tcp（英语：Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，TCP 层是位于 IP 层之上，应用层之下的中间层。TCP 保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。
UDP：UDP （英语：User Datagram Protocol，用户数据报协议），位于 OSI 模型的传输层。一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送数据的数据报。由于UDP缺乏可靠性且属于无连接协议，所以应用程序通常必须容许一些丢失、错误或重复的数据包。

Socket 编程

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。以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

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。TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送。

ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口，并且侦听客户端请求。ServerSocket 类有四个构造方法：

序号	方法描述
1	public ServerSocket(int port) throws IOException，创建绑定到特定端口的服务器套接字
2	public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException，利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号
3	public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException，使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器
4	public ServerSocket() throws IOException，创建非绑定服务器套接字

创建非绑定服务器套接字。如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常，就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口，并且侦听客户端请求。

ServerSocket 类的常用方法：

序号	方法描述
1	public int getLocalPort()，返回此套接字在其上侦听的端口
2	public Socket accept() throws IOException，侦听并接受到此套接字的连接，该方法将阻塞，直到建立连接为止
3	public void setSoTimeout(int timeout)，通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位
4	public void bind(SocketAddress host, int backlog)，将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）

Socket 类的方法

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化，而服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。Socket 类有五个构造方法：

序号	方法描述
1	public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException，创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
2	public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException，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
3	public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException，创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口
4	public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException，创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口
5	public Socket()，通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

当 Socket 构造方法返回，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口，而并不是简单的实例化了一个 Socket 对象。

下面列出了一些感兴趣的方法，注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象，所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法：

序号	方法描述
1	public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException，将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值
2	public InetAddress getInetAddress()，返回套接字连接的地址
3	public int getPort()，返回此套接字连接到的远程端口
4	public int getLocalPort()，返回此套接字绑定到的本地端口
5	public SocketAddress getRemoteSocketAddress()，返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null
6	public InputStream getInputStream() throws IOException，返回此套接字的输入流
7	public OutputStream getOutputStream() throws IOException，返回此套接字的输出流
8	public void close() throws IOException，关闭此套接字

InetAddress 类的方法

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法：

序号	方法描述
1	static InetAddress getByAddress(byte[] addr)，在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象
2	static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)，根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress
3	static InetAddress getByName(String host)，在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址
4	String getHostAddress() ，返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）
5	String getHostName() ，获取此 IP 地址的主机名
6	static InetAddress getLocalHost()，返回本地主机
7	String toString()，将此 IP 地址转换为 String

Socket 通讯实例

客户端实例：GreetinGClient 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。

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;

public class GreetingClient {
    public static void main(String [] args)
    {
        //服务端主机名
        String serverName = "localhost";
        //服务端口号
        int port = Integer.parseInt("6066");
        try {
            // 输出服务端主机名与端口号
            System.out.println("连接到主机：" + serverName + " ，端口号：" + port);
            // 创建 Socket 对象，并尝试连接到指定的服务器和端口
            Socket client = new Socket(serverName, port);
            // 输出此套接字连接的端点的地址
            System.out.println("远程主机地址：" + client.getRemoteSocketAddress());
            // 获取此套接字的输出流
            OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
            // 使用此套接字的输出流创建 DataOutputStream 输出流
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);
            // 以UTF-8编码将字符串写入基础输出流
            out.writeUTF("客户端说：Hello from " + client.getLocalSocketAddress() + "\n");
            // 获取此套接字的输入流
            InputStream inFromServer = client.getInputStream();
            // 创建读取键盘输入内容的 InputStreamReader
            InputStreamReader fingerboardReader = new InputStreamReader(System.in,"UTF-8");
            // 创建读取服务端输入内容的 InputStreamReader
            InputStreamReader serverDataReader = new InputStreamReader(inFromServer,"UTF-8");
            // 创建存放在键盘读取字符的数组集合
            ArrayList<Character> fingerboardList = new ArrayList<Character>();
            // 创建存放在服务端端读取字符的数组集合
            ArrayList<Character> serverDataList = new ArrayList<Character>();
            do{
                // 判断读取键盘输入内容的 InputStreamReader 是否可以读取
                if(fingerboardReader.ready()){
                    // 读取键盘输入内容的 InputStreamReader 可以读取
                    // 清空 存放键盘读取字符的数组集合
                    fingerboardList.clear();
                    // 声明 键盘输入char变量
                    char fingerboardInputChar;
                    // 读取键盘输入内容的 InputStreamReader 可以读取，循环读取，将读取的内容存入数组集合，一次输入读取完成后ready()返回NO
                    while (fingerboardReader.ready()) {
                        fingerboardInputChar = (char)fingerboardReader.read();;
                        fingerboardList.add(fingerboardInputChar);
                    }
                    // 创建可变字符串 StringBuilder 对象
                    StringBuilder fingerboardStringBuilder = new StringBuilder();
                    // 拼接 存放键盘读取字符的数组集合 中的字符组成字符串
                    for (Character cha :fingerboardList){
                        fingerboardStringBuilder.append(cha);
                    }
                    // 将可变字符串 StringBuilder 对象 转为字符串 String 对象
                    String fingerboardString = fingerboardStringBuilder.toString();
                    // 如果 转换的字符串不是空的 并且不是一个换行符
                    if(!fingerboardString.isEmpty() && !fingerboardString.equals("\n")) {
                        // 使用此套接字的输出流写出数据
                        out.writeUTF("客户端说：" + fingerboardString);
                        // 如果输出Goodbye!，跳出循环
                        if (fingerboardString.equals("Goodbye!\n")) {
                            break;
                        }
                    }
                }
                // 判断读取客户端输入内容的 InputStreamReader 是否可以读取
                if(serverDataReader.ready()) {
                    // 读取客户端输入内容的 InputStreamReader 可以读取
                    // 清空客户端读取字符的数组集合
                    serverDataList.clear();
                    // 声明客户端读取char变量
                    char serverDataReaderChar;
                    // 读取客户端输入内容的 InputStreamReader 可以读取，循环读取，将读取的内容存入数组集合，一次输入读取完成后ready()返回NO
                    while (serverDataReader.ready()) {
                        serverDataReaderChar = (char) serverDataReader.read();
                        serverDataList.add(serverDataReaderChar);
                    }
                    // 创建可变字符串 StringBuilder 对象
                    StringBuilder dataReaderStringBuilder = new StringBuilder();
                    for (Character cha :serverDataList){
                        dataReaderStringBuilder.append(cha);
                    }
                    // 将可变字符串 StringBuilder 对象 转为字符串 String 对象
                    String dataReaderString = dataReaderStringBuilder.toString();
                    // 打印服务端输入内容
                    System.out.print(dataReaderString);
                    // 服务端输出Goodbye，跳出循环
                    if (dataReaderString.endsWith("Goodbye!\n")) {
                        break;
                    }
                }
            }while (true);
            // 关闭此套接字
            client.close();
        }catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务端实例：GreetingServer 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。

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketTimeoutException;
import java.util.ArrayList;

public class GreetingServer extends Thread {
    private ServerSocket serverSocket;

    public GreetingServer(int port) throws IOException
    {
        // 创建服务端Socket对象
        this.serverSocket = new ServerSocket(port);
        // Socket超时时间，设置为0时无限制，超时引发SocketTimeoutException
        this.serverSocket.setSoTimeout(0);
    }

    public void run() {
        try {
            // 输出此套接字在其上侦听的端口
            System.out.println("等待远程连接，端口号为：" + serverSocket.getLocalPort() + "...");
            // 侦听并接受到此套接字的连接，该方法将阻塞，直到建立连接为止
            Socket server = serverSocket.accept();
            // 输出此套接字连接的端点的地址
            System.out.println("远程主机地址：" + server.getRemoteSocketAddress());
            // 使用此套接字的输出流创建 DataOutputStream 输出流
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            // 以UTF-8编码将字符串写入基础输出流
            out.writeUTF("服务端说：谢谢连接我：" + server.getLocalSocketAddress() + "\n");
            // 创建读取键盘输入内容的 InputStreamReader
            InputStreamReader fingerboardReader = new InputStreamReader(System.in,"UTF-8");
            // 创建读取客户端输入内容的 InputStreamReader
            InputStreamReader clientDataReader = new InputStreamReader(server.getInputStream(),"UTF-8");
            // 创建存放在键盘读取字符的数组集合
            ArrayList<Character> fingerboardList = new ArrayList<Character>();
            // 创建存放在客户端读取字符的数组集合
            ArrayList<Character> clientDataList = new ArrayList<Character>();
            do{
                // 判断读取键盘输入内容的 InputStreamReader 是否可以读取
                if(fingerboardReader.ready()){
                    // 读取键盘输入内容的 InputStreamReader 可以读取
                    // 清空 存放键盘读取字符的数组集合
                    fingerboardList.clear();
                    // 声明 键盘输入char变量
                    char fingerboardInputChar;
                    // 读取键盘输入内容的 InputStreamReader 可以读取，循环读取，将读取的内容存入数组集合，一次输入读取完成后ready()返回NO
                    while (fingerboardReader.ready()) {
                        fingerboardInputChar = (char)fingerboardReader.read();;
                        fingerboardList.add(fingerboardInputChar);
                    }
                    // 创建可变字符串 StringBuilder 对象
                    StringBuilder fingerboardStringBuilder = new StringBuilder();
                    // 拼接 存放键盘读取字符的数组集合 中的字符组成字符串
                    for (Character cha :fingerboardList){
                        fingerboardStringBuilder.append(cha);
                    }
                    // 将可变字符串 StringBuilder 对象 转为字符串 String 对象
                    String fingerboardString = fingerboardStringBuilder.toString();
                    // 如果 转换的字符串不是空的 并且不是一个换行符
                    if(!fingerboardString.isEmpty() && !fingerboardString.equals("\n")) {
                        // 使用此套接字的输出流写出数据
                        out.writeUTF("服务端说：" + fingerboardString);
                        // 如果输出Goodbye!，跳出循环
                        if (fingerboardString.equals("Goodbye!\n")) {
                            break;
                        }
                    }
                }
                // 判断读取客户端输入内容的 InputStreamReader 是否可以读取
                if(clientDataReader.ready()) {
                    // 读取客户端输入内容的 InputStreamReader 可以读取
                    // 清空客户端读取字符的数组集合
                    clientDataList.clear();
                    // 声明客户端读取char变量
                    char clientDataReaderChar;
                    // 读取客户端输入内容的 InputStreamReader 可以读取，循环读取，将读取的内容存入数组集合，一次输入读取完成后ready()返回NO
                    while (clientDataReader.ready()) {
                        clientDataReaderChar = (char) clientDataReader.read();
                        clientDataList.add(clientDataReaderChar);
                    }
                    // 创建可变字符串 StringBuilder 对象
                    StringBuilder dataReaderStringBuilder = new StringBuilder();
                    for (Character cha :clientDataList){
                        dataReaderStringBuilder.append(cha);
                    }
                    // 将可变字符串 StringBuilder 对象 转为字符串 String 对象
                    String dataReaderString = dataReaderStringBuilder.toString();
                    // 打印客户端输入内容
                    System.out.print(dataReaderString);
                    // 客户端输出Goodbye，跳出循环
                    if (dataReaderString.endsWith("Goodbye!\n")) {
                        break;
                    }
                }
            }while (true);
            // 关闭此套接字
            server.close();
            System.out.println("套接字已关闭");
        }catch(SocketTimeoutException s) {
            // Socket超时
            System.out.println("Socket timed out!");
        }catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String [] args) {
        int port = Integer.parseInt("6066");
        try {
            Thread t = new GreetingServer(port);
            t.run();
        }catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

先运行服务端程序，再运行客户端程序，打印如下：

方法实例：

获取指定主机的IP地址：

使用 InetAddress 类的 InetAddress.getByName() 方法来获取指定主机（网址）的IP地址：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        InetAddress address = null;
        try {
            // 在给定主机名称的情况下，确定主机的IP地址
            address = InetAddress.getByName("www.juejin.cn");
        }
        catch (UnknownHostException e) {
            System.exit(2);
        }
        // 输出取此IP地址的主机名与IP地址字符串
        System.out.println(address.getHostName() + " = " + address.getHostAddress());
        System.exit(0);
    }
}

// 以上程序执行结果为：
// www.juejin.cn = 111.132.34.239

查看端口是否已使用：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("端口是否真正在使用：" + isSocketAliveUitlitybyCrunchify("www.juejin.cn",80));
    }

    
    public static boolean isSocketAliveUitlitybyCrunchify(String hostName, int port) {
        // 主机端口是否已使用，默认否
        boolean isAlive = false;
        // 超时设置，单位毫秒
        int timeout = 2000;

        // 创建一个套接字
        SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(hostName, port);
        Socket socket = new Socket();
        System.out.println("主机名: " + hostName + ", 主机端口: " + port);

        try {
            // 将此套接字连接到服务器
            socket.connect(socketAddress, timeout);
            // 关闭此套接字
            socket.close();
            // 连接未发生异常，说明主机端口是使用的
            isAlive = true;

        } catch (SocketTimeoutException exception) {
            System.out.println("套接字超时异常 " + hostName + ":" + port + ". " + exception.getMessage());
        } catch (IOException exception) {
            System.out.println(
                    "IO异常 - 无法连接到 " + hostName + ":" + port + ". " + exception.getMessage());
        }
        // 返回主机端口是否已使用的结果
        return isAlive;
    }
}

// 以上程序执行结果为：
// 主机名: www.juejin.cn, 主机端口: 80
// 端口是否真正在使用：true

获取本机ip地址及主机名：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress addr = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("本地主机地址: " + addr.getHostAddress());
                String hostname = addr.getHostName();
        System.out.println("本地主机名: "+hostname);
    }
}

使用 Socket 连接到指定主机：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InetAddress addr;
            Socket sock = new Socket("www.juejin.cn", 80);
            addr = sock.getInetAddress();
            System.out.println("连接到 " + addr);
            sock.close();
        } catch (java.io.IOException e) {
            System.out.println("无法连接 " + args[0]);
            System.out.println(e);
        }
    }
}

// 以上程序执行结果为：
// 连接到 www.juejin.cn/111.132.34.240

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