一文带你彻底了解java 网络编程的基本概念

主题：探索Java网络编程：构建连接世界的桥梁

作者：Stevedash
发布日期：2023年8月11日 15点18分

（PS：这一篇文章作为总章，今天着重讲“Socket套接字编程”这里的知识，其他模块的知识，后续补上，拆分成单独章节来慢慢完善该文，并且后面会附带上其他文章的链接，会持续更新的）

前言：

​ 在数字时代的今天，无处不在的网络连接已经成为现代软件开发的重要组成部分。Java作为一门强大的编程语言，提供了丰富的工具和技术，用于实现各种网络应用，从Web应用到分布式系统，再到网络游戏。本篇博客将带您深入探索Java网络编程的核心概念、基本组件以及实际应用。

基本概念：

​ 网络编程是指编写运行在多个设备之间的程序，这些设备都通过网络链接起来。

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。

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1. 网络编程的基础：连接世界的纽带

在踏入网络编程的奇妙世界之前，让我们先了解一些基本概念：

• IP地址和端口号： IP地址用于唯一标识网络中的计算机，而端口号则指定计算机上的特定应用程序。它们是网络通信的基石。

• Socket： Socket（套接字）是网络编程的核心，它代表了网络通信的端点。通过Socket，我们可以在不同计算机之间建立连接并传输数据。

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2. TCP和UDP通信：选择合适的通信方式

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。

小结：Java为我们提供了两种主要的网络通信协议：TCP和UDP。

• TCP通信： TCP（传输控制协议）提供稳定可靠的连接，适用于重要数据传输。

• UDP通信： UDP（用户数据报协议）提供快速但不稳定的连接，适用于实时性较高的应用。

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3. Socket编程：构建桥梁的工具

Socket编程是Java网络编程的核心技术，通过它我们可以在不同计算机之间建立连接并传输数据。

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。以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。

3.1 服务器端和客户端

• 服务器端： 服务器使用ServerSocket类监听客户端的连接请求，一旦连接建立，可以创建新的Socket实例与客户端通信。

• 客户端： 客户端使用Socket类连接到服务器端的Socket，通过输入输出流进行数据传输。

// 服务器端示例
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345);
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
// 使用输入输出流进行数据传输

// 客户端示例
Socket socket = new Socket("服务器IP", 12345);
// 使用输入输出流进行数据传输

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下面是ServerSocket、Socket类常用的方法

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。

这里有一些 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。
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）。

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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，并没有简单的实例化了一个 Socket 对象，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。

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。

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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。

下面来个具体的实例，服务端和客户端互联，并且服务端可以接受多条客户端的信息并显示

client类的代码：

package main.socket套接字;

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketTimeoutException;
import java.util.Scanner;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //创建一个socket对象，指定连接的IP地址和端口
            Socket clientSocket = new Socket("127.0.0.1", 1234);

            //获取输出流
            OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream();
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream,true);

            System.out.println("远程主机的地址："+clientSocket.getRemoteSocketAddress());
            //从控制台读取用户输入的信息并且发送给服务端
            printWriter.println("谢谢连接我："+clientSocket.getLocalSocketAddress());
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入要发送的消息（输入exit退出）:");
            String message=scanner.nextLine();
            while(!message.equals("exit")){
                printWriter.println(message);//
                System.out.println("请输入要发送的消息（输入exit退出）:");
                message=scanner.nextLine();
            }
            //关闭资源
            printWriter.close();
            outputStream.close();
            clientSocket.close();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
        }
    }

Server类的代码：

package main.socket套接字;

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

public class Server{
    public static void main(String[] args) {


        try{
            //创建一个ServerSocket对象，监听指定端口
            ServerSocket  serverSocket=new ServerSocket(1234);
            System.out.println("等待客户链接...");
            while(true){
                //接受客户端的连接请求
                Socket  clientSocket=serverSocket.accept();
                System.out.println("客户端已连接，Ip地址："+clientSocket.getInetAddress());

                //创建一个新线程用来处理客户端请求
                Thread clientThread=new Thread(new ClientHandler(clientSocket));
                clientThread.start();
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ClientHandler implements Runnable {
    private Socket clientSocket;

    public ClientHandler(Socket clientSocket) {
        this.clientSocket = clientSocket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            //获取客户端输入流
            InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));

            String message1;
            while ((message1 = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println("客户端发送了消息：" + message1);
            }

            //关闭资源
            reader.close();
            inputStream.close();
            clientSocket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出结果如下：Client端

Server端

4. URL和URLConnection：与网络资源互动

Java提供了URL类和URLConnection类，用于处理URL和与Web资源的通信。我们可以使用URL类创建URL对象表示Web资源的地址，然后使用URLConnection类与服务器进行交互。

URL url = new URL("http://www.example.com");
URLConnection connection = url.openConnection();
// 使用输入输出流进行数据传输

5. 多线程网络编程：并发的奥秘

在网络编程中，多线程是不可或缺的，它允许同时处理多个客户端连接，提高性能和响应速度。

6. Web服务：连接网络的纽带

Java支持创建和消费Web服务，使用JAX-WS和JAX-RS来实现。这使得我们能够构建基于Web的分布式应用程序。

7. 网络安全性：保护通信的防线

网络安全性是Java网络编程中至关重要的方面。我们可以使用SSL/TLS加密通信、数字签名和认证机制来保护数据传输的安全性。

8. 序列化和反序列化：数据的转化器

在网络编程中，经常需要对对象进行序列化和反序列化，以便在不同计算机之间传输数据。确保类的所有属性都是可序列化的，否则需要使用transient关键字标记不可序列化的属性。

9. 网络编程的条件和注意事项：通行的规则

在进行网络编程时，有一些条件和注意事项需要特别关注：

• 类的属性必须是可序列化的，或者使用transient关键字标记不可序列化的属性。
• 避免在网络传输中发送敏感信息，尤其是明文密码等。
• 对于大规模的并发连接，需要注意线程安全性和资源管理。

10. 什么是反序列化？

反序列化是将已序列化的数据恢复成原始对象的过程。在网络编程中，接收方可以通过反序列化来重建从发送方传输的对象。

总结

Java网络编程为现代软件开发提供了强大的工具和技术，使得在不同计算机之间进行数据交换和通信变得更加容易。无论是构建Web应用、分布式系统还是网络游戏，掌握网络编程对于程序员来说都是必不可少的一部分。通过本篇博客，您已经了解了Java网络编程的核心概念、基本组件和实际应用。希望这些知识能够帮助您在实际项目中更好地应用网络编程技术。

作者：Stevedash

发表于：2023年8月11日 15点18分

来源：Java 网络编程 | 菜鸟教程 (runoob.com)

注：本文内容基于个人学习理解，如有错误或疏漏，欢迎指正。感谢阅读！如果觉得有帮助，请点赞和分享。

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