java網絡編程



網絡基本知識：

在java中網絡程序有兩種協議：TCP和UDP，TCP通過握手協議進行可靠的連接，UDP則是不可靠連接。

IP地址：用於標記一臺計算機的身份證。

IP地址由網絡地址（確定網絡）和主機地址（網絡中的主機）組成。

子網掩碼：爲了區分網絡地址和主機地址。

IP地址分爲A類地址、B類地址、C類地址（常用）、D類地址、E類地址。

127.0.0.1（localhost）是本機地址。

IPV4和IPV6

IPV4使用4個十進制數表示，即32位二進制。

SMTP是簡單郵件傳輸協議，端口號是25.

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telnet用於連接遠程計算機或者因特網計算機提供的服務。每個服務都會設定一個端口。

給出類似     telnet ip    port    即可和特定的服務進行通信

如果要連接因特網的服務，不僅要給出端口，還要給出計算機的名稱，只有給出IP地址和端口號時，才能夠請求服務，並接收到應答。

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URL和URI

URI:統一資源標識符，用於標識一個web資源，包含了兩個部分。

(1)URL:統一資源定位符。能夠精確的定位數據的URI

(2)URN:統一資源名稱。除了URL的URI

在java中URI和URL是分開的兩個類，URI類專門用於解析，URL用於通信。

URL

1.URI分類

絕對和相對：

(1)絕對URI是指有確定的協議。比如http,ftp。後面以/進行分隔

(2)相對URI是沒有scheme的。

透明和不透明：

(1)不透明URI是不能夠被解析的URI。不透明URI是絕對URI。scheme後面的部分不是以/進行分割。

分層和不分層：

(1)分層是絕對透明URI或相對URI。

所有的網頁端口都是80.

2.URI的作用：

(1)解析

URI的格式：

[scheme:]scheme-specific-part[#fragment]

scheme表示用的協議，可以是http\https\ftp\file等。

scheme-specific-part是其餘部分。

進一步細分：

[scheme:][//authority][path][?query][#fragment]

常用方法：

• getScheme()獲得scheme;
• getSchemeSpecificPart()
• getPath()
• getAuthority()

(2)相對標識符和絕對標識符的轉換

resolve和relative函數。

示例代碼：

任務1：取得特定網址的html代碼。

任務2：分析地址信息。

任務3：絕對地址和相對地址轉換

package org.core;

import java.net.*;
import java.util.*;

public class URLTest1 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        URL url = new URL("http://www.ecnu.edu.cn");
        Scanner in = new Scanner(url.openStream());
        while (in.hasNextLine()) {
            String str = in.nextLine();
            System.out.println(str);
        }

        URI uri = new URI("http://blog.csdn.net/xiazdong");
        System.out.println(uri.getScheme());
        System.out.println(uri.getSchemeSpecificPart());
        System.out.println(uri.getAuthority());
        System.out.println(uri.getUserInfo());
        System.out.println(uri.getHost());
        System.out.println(uri.getPort());
        System.out.println(uri.getPath());
        System.out.println(uri.getQuery());
        System.out.println(uri.getFragment());

        String str = "/article/details/6705033";
        URI combined = uri.resolve(str);// 根據uri的路徑把str變成絕對地址
        System.out.println(combined.getScheme()
                + combined.getSchemeSpecificPart());

        URI relative = uri.relativize(new URI(str));
        System.out.println(relative.getSchemeSpecificPart());

    }

}

URL和URLConnection

URL的作用

1.如果想要獲取某個網頁的html源代碼，比如http://blog.csdn.net/xiazdong 則只需要:

(1)URL url = new URL("http://blog.csdn.net/xiazdong");

(2)Scanner in = new Scanner(url.openStream());

即可.

2.獲取消息頭信息

• URLConnection connection = url.openConnection();
• connection.getHeaderFields()返回一個Map<String,List<String>>
• connection.getContentLength();
• connection.getContentType();
• connection.setDoOutput(true)獲得輸出流
• connection.getOutputStream();
• connection.getInputStream();

代碼示例：

package org.core;

import java.net.*;
import sun.misc.*;
import java.util.*;
import java.io.*;

public class URLConnectionTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String urlName = "http://java.sun.com";
        URL url = new URL(urlName);
        URLConnection connection = url.openConnection();
        Map<String, List<String>> map = connection.getHeaderFields();
        for (Map.Entry<String, List<String>> entry : map.entrySet()) {
            String key = entry.getKey();
            List<String> value = entry.getValue();
            System.out.println(key + ":" + value);
        }

    }

}

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在網頁中如果要提交數據給web服務器，通常要把數據發送給web服務器，然後web服務器委派一個腳本對數據進行處理，返回一個相應。

通常發送數據的方法有兩種：get和post。

（1）get方法是直接把數據跟在url的後面，以name=value進行傳輸，

每個數據之間用&進行分割，value中的空格用+替換，非字母數字用%替換，並後跟兩個16進制數，這種編碼方式稱爲URL編碼。URLEncoder和URLDecoder

（2）post方法是通過URLConnection發送給服務器，編碼方式和get一樣。URLEncoder.encode(VALUE,"UTF-8");

一般在傳輸中文時會運用編碼和解碼。

示例：通過URLEncoder和URLDecoder編碼和解碼

略

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InetAddress  根據域名得到IP地址或名稱

沒有構造方法，通過：

(1)InetAddress i1 = InetAddress.getByName(String)返回一個InetAddress實例。

(2)如果一個地址有多個ip地址，比如google，有3個ip地址，就調用InetAddress[] i2 = InetAddress.getAllByName(String);

InetAddress.getLocalhost()獲得本機的InetAddress實例。

代碼實例：

 

package org.core;

import java.net.InetAddress;

public class InetAddressTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("本機地址："+local.getHostAddress());
        System.out.println("本機名稱："+local.getHostName());
        InetAddress[] remote = InetAddress.getAllByName("www.google.com");
        for(InetAddress a : remote)
        {
            System.out.println("地址："+a.getHostAddress());
            System.out.println("名稱："+a.getHostName());
        }
    }
}

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Socket（TCP）

Socket是一個用於機器之間通信的類。

Socket客戶端：

(1)Socket s = new Socket(ip,port);打開一個套接字，發送請求    

(2)InputStream istream = s.getInputStream();接收數據

(3)OutputStream ostream  = s.getOutputStream();發送數據

需要用PrintWriter和Scanner進行包裝，並且注意PrintWriter的自動緩衝。

Socket服務器：注意多個客戶端同時訪問服務器的問題：多線程

(1)ServerSocket server = new ServerSocket(port);創建一個端口

(2)Socket s = server.accept();        只有當有客戶端請求並連接，函數纔會返回

(3)InputStream istream = s.getInputStream();接收數據

(4)OutputStream ostream  = s.getOutputStream();發送數據

需要用PrintWriter和Scanner進行包裝，並且注意PrintWriter的自動緩衝。

我們在使用PrintWriter時需要使用println()函數;

當服務器或客戶端任意一方請求結束通信，則立刻停止。

問題1：在套接字中會發生阻塞的地方：

（1）實例化Socket時，會阻塞。

（2）在in.nextLine()類似操作時會阻塞。

解決方法：

（1）對於第一個問題，解決方法：

• Socket s = new Socket();建立無連接socket
• s.connect(new InetSocketAddress(host,port),timeout);設置超時。

（2）對於第二個問題，解決方法是設置s.setSoTimeout(long)設置超時時間

問題2：當客戶端想要關閉套接字時，但卻不能確定服務器是否還在發送數據，但是隻要一關閉就立刻斷開。

解決方法：

socket.shutdownOutput()關閉輸出流

socket.shutdownInput()關閉輸入流

半關閉示例代碼：客戶端發送hello給服務器，同時關閉輸出流，服務器接收到後關閉輸入流，等待5秒發送ECHO hello給客戶端。

 Client：

import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
public class shutdownOutputClient {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        Socket s = new Socket("localhost",8819);
        Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());
        PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
        out.println("Hello");//輸出hello
        s.shutdownOutput(); //關閉輸出流
        System.out.println("關閉連接");
        while(in.hasNextLine()){
            System.out.println(in.nextLine());
        }
        s.close();
    }

}

Server：

import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
public class shutdownOutputServer {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        ServerSocket server = new ServerSocket(8819);
        Socket s = server.accept();
        Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());
        PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
        String str = in.nextLine();
        System.out.println(str);
        s.shutdownInput();
        System.out.println("關閉輸入流");

        Thread.sleep(5000);
        out.println("Echo:"+str);
        s.close();
    }

}

綜合代碼舉例：實現一個簡單的對等通信程序，通過多線程，一個線程接收數據，一個線程發送數據。

用戶1：

import java.util.*;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class Client{
    public static void main(String[]args)throws Exception{
        Socket s = new Socket("localhost",8819);
        PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
        Thread t = new Thread(new Receive(s));
        t.start();
        //以下代碼用於發送數據
        Scanner in = new Scanner(System.in);//鍵盤輸入
        while(in.hasNextLine()){    //一直不斷
            out.println(in.nextLine()); //發送鍵盤輸入數據
        }
    }
}
class Receive implements Runnable   //這個類用於接收數據
{
    private Socket s;
    public Receive(Socket s)
    {
        this.s = s;
    }
    public void run()
    {
        try{
            Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());   //in：接收數據

            String str = null;
            while(true)
            {
                str = in.nextLine();
                System.out.println("服務器說："+str);    //打印接收數據
            }

        }
        catch(Exception e){}
    }
}

用戶2：

import java.util.*;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class Server{
    public static void main(String[]args)throws Exception{
        ServerSocket server = new ServerSocket(8819);
        Socket s = server.accept();
        PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
        Thread t = new Thread(new Receive1(s));
        t.start();
        //以下代碼用於發送數據
        Scanner in = new Scanner(System.in);//鍵盤輸入
        while(in.hasNextLine()){    //一直不斷
            out.println(in.nextLine()); //發送鍵盤輸入數據
        }
    }
}
class Receive1 implements Runnable  //這個類用於接收數據
{
    private Socket s;
    public Receive1(Socket s)
    {
        this.s = s;
    }
    public void run()
    {
        try{
            Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());   //in：接收數據

            String str = null;
            while(true)
            {
                str = in.nextLine();
                System.out.println("客戶端說："+str);    //打印接收數據
            }

        }
        catch(Exception e){}
    }
}

以上的程序屬於C/S，需要同時維護客戶端和服務器的代碼。

B/S：瀏覽器和服務器，只需要維護一方代碼即可。

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聊天工具使用UDP非常多，因爲我們通常也會遇到我們發給另一個人一條消息，另一個人卻沒有收到的情況。

DatagramPacket和DatagramSocket  數據報

代碼舉例：實現服務器發送數據報到客戶端。

Client：

package org.core;

import java.net.*;
import java.io.*;
public class DatagramClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        byte[]buf = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf,1024);
        DatagramSocket client = new DatagramSocket(9000);
        client.receive(packet);
        String str = new String(buf,0,packet.getLength());
        System.out.println(packet.getAddress().getHostName()+":"+str);
        client.close();
    }

}

Server：

package org.core;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class DatagramServer {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        DatagramSocket server = new DatagramSocket(3000);
        String str = "hello world";
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.length(),InetAddress.getLocalHost(),9000);
        server.send(packet);
        server.close();
    }
}

QQ聊天應用

Server端

package org.xiazdong.server;


import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.JTextField;

public class Server3 extends JFrame{
    static JTextArea area;
    JTextField field;
    JButton button;
    static PrintStream writer;
    public Server3(){
        this.setTitle("服務器");
        this.setSize(400,500);
        area = new JTextArea(25,30);
        area.setEditable(false);
        field = new JTextField(20);
        button = new JButton("提交");
        JPanel panel = new JPanel();
        JScrollPane sp = new JScrollPane(area);
        this.add(sp,BorderLayout.CENTER);
        panel.add(field);
        panel.add(button);
        this.add(panel,BorderLayout.SOUTH);
        this.setVisible(true);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        button.addActionListener(new ActionListener(){

            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                String text = field.getText();
                writer.println(text);
                area.append("我："+text+"\n");
                field.setText("");
            }

        });
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Server3 s = new Server3();
        ServerSocket server = new ServerSocket(8899);
        System.out.println("開始監聽...");
        Socket socket = server.accept();
        InetAddress address = socket.getInetAddress();
        String name = address.getLocalHost().getHostName();
        System.out.println(name+"已連接");
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        writer = new PrintStream(socket.getOutputStream(), true);
        while (true) {
            String line = null;
            line = reader.readLine();
            if (line != null) {
                    area.append("客戶端："+line+"\n");
            }

        }
    }

}

Client端

package org.xiazdong.client;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.JTextField;

public class Client3 extends JFrame{

    static JTextArea area;
    JTextField field;
    JButton button;
    static PrintWriter writer;
    public Client3(){
        this.setTitle("客戶端");
        this.setSize(400,500);
        area = new JTextArea(25,30);
        area.setEditable(false);
        field = new JTextField(20);
        button = new JButton("提交");
        JScrollPane sp = new JScrollPane(area);
        JPanel panel = new JPanel();
        this.add(sp,BorderLayout.CENTER);
        panel.add(field);
        panel.add(button);
        this.add(panel,BorderLayout.SOUTH);
        this.setVisible(true);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        button.addActionListener(new ActionListener(){

            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                String text = field.getText();
                writer.println(text);
                area.append("我："+text+"\n");
                field.setText("");
            }

        });
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Client3 c = new Client3();
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8899);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        BufferedReader reader1 = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        writer = new PrintWriter(out,true);
        System.out.println("已經成功和服務器連接...");
        while(true){
            String line = reader1.readLine();
            area.append("服務器："+line+"\n");
        }
    }

}

PrintWriter的autoflush

 

如果PrintWriter writer = new PrintWriter(out,true);

則調用println()、printf()、format()函數時會自動刷新，其他函數都不會，比如write()、print()函數時不會自動刷新

 

 網絡編程常見異常

第1個異常是java.net.BindException:Address already in use: JVM_Bind。該異常發生在服務器端進行new ServerSocket(port)（port是一個0，65536的整型值）操作時。異常的原因是以爲與port一樣的一個端口已經被啓動，並進行監聽。此時用netstat –an命令，可以看到一個Listending狀態的端口。只需要找一個沒有被佔用的端口就能解決這個問題。 

第2個異常是java.net.ConnectException: Connection refused: connect。該異常發生在客戶端進行new Socket(ip, port)操作時，該異常發生的原因是或者具有ip地址的機器不能找到（也就是說從當前機器不存在到指定ip路由），或者是該ip存在，但找不到指定的端口進行監聽。出現該問題，首先檢查客戶端的ip和port是否寫錯了，如果正確則從客戶端ping一下服務器看是否能ping通，如果能ping通（服務服務器端把ping禁掉則需要另外的辦法），則看在服務器端的監聽指定端口的程序是否啓動，這個肯定能解決這個問題。 

第3個異常是java.net.SocketException: Socket is closed，該異常在客戶端和服務器均可能發生。異常的原因是己方主動關閉了連接後（調用了Socket的close方法）再對網絡連接進行讀寫操作。 

第4個異常是java.net.SocketException: （Connection reset或者Connect reset by peer:Socket write error）。該異常在客戶端和服務器端均有可能發生，引起該異常的原因有兩個，第一個就是如果一端的Socket被關閉（或主動關閉或者因爲異常退出而引起的關閉），另一端仍發送數據，發送的第一個數據包引發該異常(Connect reset by peer)。另一個是一端退出，但退出時並未關閉該連接，另一端如果在從連接中讀數據則拋出該異常（Connection reset）。簡單的說就是在連接斷開後的讀和寫操作引起的。 

第5個異常是java.net.SocketException: Broken pipe。該異常在客戶端和服務器均有可能發生。在第4個異常的第一種情況中（也就是拋出SocketExcepton:Connect reset by peer:Socket write error後），如果再繼續寫數據則拋出該異常。前兩個異常的解決方法是首先確保程序退出前關閉所有的網絡連接，其次是要檢測對方的關閉連接操作，發現對方關閉連接後自己也要關閉該連接。