Java第二十一章：网络通信

网络程序设计基础
网络程序设计编写的是与其他计算机进行通信的程序。Java 已经将网络程序所需要的元素封装成不同的类，用户只要创建这些类的对象，使用相应的方法，即使不具备有关的网络支持，也可以编写出高质量的网络通信程序。
局域网与互联网
为了实现两台计算机的通信，必须用一个网络线路连接两台算计。
服务器是指提供信息的计算机程序，客户机是指请求信息的计算机或程序。网络用于连接服务器与客户机，实现两者的相互通信。但是，有时在某个网络中很难将服务器与客户机区分开。局域网 (LAN) 是一群通过一定形式连接起来的计算机，它可以由两台计算机组成，也可以由同一区域内地上千台计算机组成。将 LAN 延伸到更大的范围，这样的网络成为广域网（WAN)。互联网是由无数的 LAN 和 WAN 组成的。网络协议
网络协议规定了计算机之间连接的物理、机械（网络与网卡的连接规定）、电气（有效的电平范围）等特征，计算机之间的相互寻址规则，数据发送冲突的解决方式，长数据如何分段传送与接收等内容。
IP 是 Internet Protocol 的简称，是一种网络协议。Internet 网络采用的协议是 TCP/IP协议。TCP/IP 模式是一种层次结构，共分为 4 层，分别为应用层、传输层、互联网层和网络层。各层实现特定的功能，提供特定服务和访问接口，并具有相对的独立性。

在TCP/IP 协议栈中有两个高级协议，即传输控制协议（TCP）与用户数据报协议（UDP）。
端口域套接字
一般而言，一台计算机只有单一的连接到网络的物理连接，所以的数据读通过此连接对内、对外送达特定的计算机，这就是端口。网络程序设计的端口（port）并非真实的物理存在，而是一个假想的连接装置。
网络程序中的套接字（Socket）用于将应用程序与端口连接起来。套接字是一个假想的连接装置，就像插座一样可以连接电器与电线。

InterAddress 类
     java.net 包中的 InterAddress 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。import java.net.InetAddress;
import java.rmi.UnknownHostException;

public class Address {
   public static void main(String[] args) throws java.net.UnknownHostException {
       InetAddress ip;//创建InteAddress对象
       ip=InetAddress.getLocalHost();//实例化对象
       String localname=ip.getHostName();//获取本机名
       String localip=ip.getHostAddress();//获取本机IP地址
       System.out.println("本机名："+localname);
       System.out.println("本机IP地址："+localip);
   }

}

ServerSocket 类

java.net 包中的 ServerSocket 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。服务器套接字一次可以与一个套接字。如果多台客户机同时提供出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入列队中，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。若请求连接大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。队列的默认大小是 50。
ServerSocket 类的构造方法通常会抛出 IOException 异常，具体有以下几种形式:

ServerSocket(): 创建非绑定服务器套接字。ServerSocket(int port): 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
ServerSocket(int port,int backlog): 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上。
ServerSocket(int port,int backlog,InetAddress bindAddress): 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。这种情况适用于计算机上有多块网卡和多个IP 地址的情况，用户可以明确规定 ServerSocket 在哪块网卡或哪个 IP 地址上等待客户的连接请求。
TCP 网络程序设计
例：创建 TCP/IP 协议服务器，本实例是一个 TCP服务器端程序。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class MyServer {
   private ServerSocket server;//服务器套接字
   private Socket socket;//客户机套接字

   void start() throws IOException {
       server=new ServerSocket(8998);//服务器启动8998端口
       System.out.println("服务器套接字已经创建成功");
       while(true) {
           System.out.println("等待客户机的连接");
           socket=server.accept();
           //根据套接字字节流创建字符输入流
           BufferedReader reader=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
           while(true) {//循环接收信息
               String message=reader.readLine();//读取一行文本
               if("exit".equals(message)) {
               System.out.println("客户机退出");
               break;
               }
               System.out.println("客户机:"+message);
           }
           reader.close();//关闭流
           socket.close();//关闭套接字
       }
   }
   public static void main(String[] args) throws IOException {
       MyServer tcp=new MyServer();
       tcp.start();//启动服务器
   }

}

运行服务器端程序，将输出提示信息，等待客户呼叫。下面再来看一下客户端程序。
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Container;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.JTextField;

public class MyClient extends JFrame{
   private PrintWriter writer;//根据套接字字节流创建的字符输出流
   Socket socket;//客户端套接字
   private JTextArea area = new JTextArea();//展示信息的文本域
   private JTextField text = new JTextField();//发送信息的文本框

   public MyClient() {
       setTitle("向服务器送数据");
       setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
       Container c = getContentPane();   //主容器
       JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(area);//滚动面板
       getContentPane().add(scrollPane,BorderLayout.CENTER);
       c.add(text,"South");//将文本框放在窗体的下部
       text.addActionListener(new ActionListener() {//文本框触发回车事件
           public void actionPerformed(ActionEvent e) {
               writer.println(text.getText().trim());//将文本框中的信息显示在文本域中
               area.append(text.getText()+'\n');//将文本框中的信息显示在文本域中
               text.setText("");//将文本框清空
           }
       });
   }

   private void connect() {//连接服务器方法
       area.append("尝试连接\n");//文本域中提示信息
       try {
           socket = new Socket("127.0.0.1",8998);//连接本地计算机的8998端口
           writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(),true);
           area.append("完成连接\n");
       }catch(IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }

   public static void main(String[] args) {
       MyClient clien = new MyClient();
       clien.setSize(200, 200);//窗体大小
       clien.setVisible(true);//显示窗体
       clien.connect();//连接服务器
   }

}

UDP 程序
用户数据报协议 (UDP) 是网络信息传输的另一种形式。基于 UDP 的通信和基于 TCP 的通信基于 UDP的信息传递更快，但不提供可靠性保证。使用 UDP 传递数据时，用户无法知道数据能否正确地到达主机，也不能确定到达目的地的顺序是否和发送相同。虽然 UDP 是一种不可靠的员议，但如果需要较快地传输信息，并能容忍小的错误，可以考虑使用 UDP。
基于 UDP 通信的基本模式如下：将数据打包 (称为数据包)，然后将数据包发往目的地。
接收别人发来的数据包，然后查看数据包。
发送数据包的步骤如下:
使用 DatagramSocket() 创建一个数据包套接字。
使用 DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)创建要发送的
数据包
使用 DatagramSocket 类的 send() 方法发送数据包。
接收数据包的步骤如下:
使用 DatagramSocket(int port) 创建数据包套接字，绑定到指定的端口。
使用 DatagramPacket(byte[]buf,int length) 创建字节数组来接收数据包。
使用 DatagramPacket 类的 receive() 方法接收UDP包。
DatagramPacket 类
java.net 包的 DatagramPacket 类用来表示数据包。DatagramPacket 类的构造方法如下:DatagramPacket(byte[] buf, int length)
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port).

第一种构造方法在创建 DatagramPacket 对象时，指定了数据包的内存空间和大小。第二种构造方法不仅指定了数据包的内存空间和大小，还指定了数据包的目标地址和口、在发送数据时，必须指定接收方的 Socket 地址和端口号，因此使用第二种构造方法可创建发送数据的 DamgramPacket 对象。
DatagramSocket 类 javanet 包中的 DatagramSocket 类用于表示发送和接收数据包的套接字。该类的构造方法如下:DatagramSocket()
DatagramSocket(int port)
DatagramSocket(int port, InetAddress addr)
第一种构造方法创建 DatagramSocket 对象，构造数据报套接字，并将其绑定到本地主机任何可用的端口上。第二种构造方法创建 DatagramSocket 对象，创建数据报套字，并将其绑定到本地主机的指定端口上。第三种构造方法创建 DatagramSocket 对象，创建数据报套接字，并将其绑定到指定的端口和指定的本地地址上。第三种构造函数适用于有多块网卡和多个 IP 地址的情况。
UDP 网络程序设计
例：创建 UDP 协议广播电台程序，广播主机程序不断地向外播出信息。