初步接触 Java Net 网络编程

本文目的是大概了解 Java 网络编程体系，需要一点点 Java IO 基础，推荐教程系统学习 Java IO。主要参考 JavaDoc 和 Jakob Jenkov 的英文教程《Java Networking》 http://tutorials.jenkov.com/java-networking/index.html

Java 网络编程概览

Java 有一个相当容易使用的内置网络 API，可以很容易地通过互联网上的 TCP / IP 套接字或 UDP 套接字进行通信。 TCP 通常比 UDP 使用得更频繁。

即使 Java Networking API 允许通过套接字打开和关闭网络连接，但所有通信都通过 Java IO 类 InputStream 和 OutputStream 实现的。

或者，我们可以使用 Java NIO API 中的网络类。用法类似于 Java Networking API 中的类，但 Java NIO API 可以在非阻塞模式下工作。在某些情况下，非阻塞模式可提升性能。

Java TCP 网络基础

通常，客户端会打开与服务器的 TCP / IP 连接，然后开始与服务器通信，当通信结束后客户端关闭连接。如下图：

客户端可以通过一个已打开的连接发送多个请求，实际上，客户端可以向服务器发送尽可能多的数据。当然，如果需要，服务器也可以关闭连接。

Java 中 Socket 类和 ServerSocket 类

当客户端想要打开到服务器的 TCP / IP 连接时，它使用 Java Socket 类来实现。套接字被告知连接到哪个 IP 地址和 TCP 端口，其余部分由 Java 完成。

如果要启动服务器以侦听来自某个 TCP 端口上的客户端的传入连接，则必须使用 Java ServerSocket 类。当客户端通过客户端套接字连接到服务器的 ServerSocket 时，服务器上会为该连接分配一个 Socket 。客户端和服务器的通信就是 Socket 到 Socket 的通信了。

Socket和ServerSocket在后面的文本中有更详细的介绍。

Java UDP 网络基础

UDP 的工作方式与 TCP 略有不同。使用 UDP ，客户端和服务器之间没有连接。客户端可以向服务器发送数据，并且服务器可以（或可以不）接收该数据。客户端永远不会知道数据是否在另一端收到。从服务器到客户端发送的数据也是如此。

由于无法保证数据传输，因此 UDP 协议的协议开销较小。

在一些情况下，无连接 UDP 模型优于 TCP ，比如传输视频等多媒体文件，缺少一些数据是不影响观看的。

TCP Socket（套接字）

为了通过 Internet 连接到服务器（通过TCP / IP），需要创建一个 Socket 并将其连接到服务器。或者，如果您更喜欢使用 Java NIO ，则可以使用 Java NIO SocketChannel 。

创建一个Socket

Socket socket = new Socket("baidu.com", 80);

第一个参数是地址，可以是 ip 或者域名字符串，第二个参数是端口，端口80是Web服务器端口。

写入 Socket

要写入 Socket，必须获取其 OutputStream ：

Socket socket = new Socket("baidu.com", 80);

OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

outputStream.write("some data".getBytes());

outputStream.flush();

outputStream.close();

socket.close();

当真的希望通过互联网向服务器发送数据时，不要忘记调用 flush() 。操作系统中的底层 TCP / IP 实现会先缓冲数据，缓冲块的大小是与 TCP / IP 数据包的大小相适应的，这就是说，调用 flush() 只是通知系统发送，但系统并不是立即就帮忙发出去。

从 Socket 读取

要从 Socket 读取，需要获取其 InputStream ：

Socket socket = new Socket("baidu.com", 80);

InputStream in = socket.getInputStream();

int data = in.read();

//... read more data...

in.close();

socket.close();

记住，在读取时我们不能使用读取 InputStream 返回 -1 来判断数据读取结束，因为只有在服务器关闭连接时才返回 -1 。但是服务器可能并不总是关闭连接，比如通过同一连接发送多个请求。在这种情况下，关闭连接将是非常愚蠢的。

相反，必须知道从 Socket 的 InputStream 中读取多少字节。服务器会告知 Socket 它发送的字节数，或者通过查找特殊的数据结束字符来完成。

使用 Socket 后，必须关闭它以关闭与服务器的连接，这可以通过调用 Socket 对象的 close() 方法完成。

ServerSocket

可以使用 ServerSocket 来实现 Java 服务器，这样就可以通过 TCP / IP 侦听来自客户端的传入连接。如果更喜欢使用 Java NIO 而不是 Java Networking（标准API），那么也可以使用 ServerSocketChannel 。

创建一个 ServerSocket

这是一个简单的代码示例，它创建一个侦听端口 9000 的 ServerSocket：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);

监听传入的连接

要接受传入连接，必须调用 ServerSocket.accept() 方法。 accept() 方法返回一个 Socket ，其行为类似于普通的 Socket ，示例：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);

boolean isStopped = false;

while(!isStopped){

    Socket clientSocket = serverSocket.accept();

    //do something with clientSocket

}

每次调用 accept() 方法时只打开一个传入连接。

此外，只有在运行服务器的线程调用 accept() 时才能接受传入连接。线程在此方法之外执行的所有时间都没有客户端可以连接。因此，“accept”线程通常将传入连接（Socket）传递给工作线程池，然后工作线程与客户端进行通信。有关多线程服务器设计的更多信息，请参阅教程跟踪 Java 多线程服务器。

关闭客户端 Sockets

一旦客户端请求完成，并且不会从该客户端收到进一步的请求，必须关闭该Socket，就像关闭普通客户端Socket一样。调用：socket.close();

关闭服务端 Sockets

一旦服务器关闭，就需要关闭 ServerSocket 。调用：serverSocket.close();

UDP DatagramSocket（UDP数据报套接字）

DatagramSocket 是 Java 通过 UDP 而不是 TCP 进行网络通信的机制。 UDP 也是 IP 协议的上层。可以使用 DatagramSocket 来发送和接收 UPD 数据报。

UDP 对比 TCP

通过 TCP 发送数据时，首先要创建连接。建立 TCP 连接后，TCP 保证数据到达另一端，或者它会告诉你发生了错误。

使用 UDP，只需将数据包（数据报）发送到网络上的某个 IP 地址。无法保证数据会到达，也无法保证 UDP 数据包到达的顺序。这意味着 UDP 比 TCP 具有更少的协议开销（没有流完整性检查）。

UDP 适用于数据传输，如果数据包在转换过程中丢失则无关紧要。例如，想象一下通过互联网传输直播电视信号，如果一两帧丢失，这是无关紧要的。我们更不希望直播延迟只是为了确保所有帧都显示出来。宁愿跳过错过的帧，并直接查看最新的帧。

还有实时监控视频，宁愿丢失一两帧，也不想延迟于现实 30 秒。与摄像机录像的存储有点不同，将图像从相机录制到磁盘时, 为了保证完整性，可能不希望丢失单帧，而是更愿意稍微延迟。

DatagramPacket 类

此类表示数据报包。数据报包用来实现无连接包投递服务。

Java 使用 DatagramSocket 代表 UDP 协议的 Socket ，DatagramSocket 本身只是码头，不维护状态，不能产生IO流，它的唯一作用就是接收和发送数据报，使用 DatagramPacket 来代表数据报，DatagramSocket 接收和发送的数据都是通过 DatagramPacket 对象完成的。

每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器。从一台机器发送到另一台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。不对包投递做出保证。

引用自李刚《疯狂Java讲义（第2版）》

其所有构造器如下：

方法	描述
DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)	构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf, int length, SocketAddress address)	构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
以上3个在 byte[] buf 参数后面追加 int offset	为长度为 length 的包设置偏移量为 offset

其中

InetAddress 类表示互联网协议 (IP) 地址，可以通过静态方法 getByName(String host) 获得其对象。
SocketAddress 类里面什么都没有。其子类 InetSocketAddress是(IP地址+端口号)类型，也就是端口地址类型，同样可以使用静态方法 createUnresolved(String host, int port) 获取对象，另外也能由构造函数 InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 创建，其中 InetAddress 对象可省略，也可用字符串代替。

通过 DatagramSocket 发送数据（DatagramPacket ）

要通过 DatagramSocket 发送数据，必须首先创建一个 DatagramPacket ：

byte[] buffer = new byte[65508];

InetAddress address = InetAddress.getByName("baidu.com");

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, 9000);

字节缓冲区（字节数组）是要在 UDP 数据报中发送的数据。上述缓冲区的长度（65508字节）是可以在单个 UDP 数据包中发送的最大数据量。

DatagramPacket 构造函数中的 buffer.length 是要发送的缓冲区中数据的长度，忽略该数据量之后缓冲区中的所有数据。

InetAddress 实例包含发送 UDP 数据包的节点（例如服务器）的地址。 InetAddress 类表示 IP 地址（Internet地址）。 getByName() 方法返回一个 InetAddress 实例，其 IP 地址与给定的主机名匹配。

port 参数是服务器接收数据正在侦听的 UDP 端口，UDP 和 TCP 端口是不一样的。同一台计算机可以有不同的线程同时监听 UDP 的 80 端口和 TCP 中的 80 端口。不同协议下，端口号互不干扰，端口只是应用程序的标识。

创建一个 DatagramSocket ：

DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

要发送数据，请调用 send() 方法，如下所示：

datagramSocket.send(packet);

这是一个完整的例子：



public class DatagramExample {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

        byte[] buffer = "123456789".getBytes();

        InetAddress receiverAddress = InetAddress.getLocalHost();

        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, receiverAddress, 80);

        datagramSocket.send(packet);

    }

}

通过 DatagramSocket 接收数据（DatagramPacket ）

通过 DatagramSocket 接收数据是通过首先创建 DatagramPacket 然后通过 DatagramSocket 的 receive() 方法接收数据来完成的。这是一个例子：

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(80);

byte[] buffer = new byte[10];

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

socket.receive(packet);

使用传递给构造函数的参数值 80 来实例化 DatagramSocket , 此参数是 DatagramSocket 接收 UDP 数据包的 UDP 端口。如前所述，TCP 和 UDP 端口不相同，因此不重叠。可以在 TCP 和 UDP 80 端口上侦听两个不同的进程，而不会发生任何冲突。

其次，创建字节缓冲区和 DatagramPacket 。注意 DatagramPacket 没有关于要发送数据的节点的信息，就像创建 DatagramPacket 用于发送数据时一样。这是因为我们将使用 DatagramPacket 接收数据而不是发送数据，因此，不需要目标地址。

最后调用 DatagramSocket 的 receive() 方法。此方法将一直阻塞，直到收到 DatagramPacket 。

收到的数据位于 DatagramPacket 的字节缓冲区中。这个缓冲区可以通过调用如下代码获取：

byte[] buffer = packet.getData();

缓冲区会接收多少数据应该由你找到答案。正在使用的协议应指定每个 UDP 数据包发送的数据量，或指定可以查找到的数据结束标记。真正的服务器程序可能会在循环中调用 receive() 方法，并将所有收到的 DatagramPacket 传递给工作线程池，就像 TCP 服务器对传入连接一样。

URL + URLConnection

java.net 包中两个有趣的类：URL 类和 URLConnection 类，这些类可用于创建与 Web 服务器（HTTP 服务器）的客户端连接。这是一个简单的代码示例：

public class URLExample {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        URL url = new URL("http://baidu.com");

        URLConnection urlConnection = url.openConnection();

        InputStream inputStream = urlConnection.getInputStream();

        int data = inputStream.read();

        while (data != -1) {

            System.out.print((char) data);

            data = inputStream.read();

        }

        inputStream.close();

    }

}

将会输出

<html>

<meta http-equiv="refresh" content="0;url=http://www.baidu.com/">

</html>

HTTP GET 和 POST

URLConnection 类的作用是构造一个到指定 URL 的 URL 连接。它只有一个构造函数：URLConnection(URL url) 。

默认情况下，URLConnection 向 Web 服务器发送 HTTP GET 请求，即查询数据。如果要发送 HTTP POST 请求提交数据，请调用URLConnection.setDoOutput(true) 方法，如下所示：

URL url = new URL("http://baidu.com");

URLConnection urlConnection = url.openConnection();

urlConnection.setDoOutput(true);

一旦设置了 setDoOutput(true) ，因为要提交数据，所以需要输出流。可以打开 URLConnection 的 OutputStream ，如下所示：

OutputStream output = urlConnection.getOutputStream();

使用此 OutputStream ，可以在 HTTP 请求的正文中编写所需的任何数据。请记住对其进行 URL 编码（参考【基础进阶】URL详解与URL编码，并记得在完成向其写入数据后关闭 OutputStream 。

本地文件的URL

URL 类还可用于访问本地文件系统中的文件。因此，如果需要代码处理来源不明的文件，比如是来自网络还是本地文件系统，则 URL 类是打开文件的便捷方式。

以下是使用 URL 类在本地文件系统中打开文件的示例：

URL url = new URL("file:/D:/test/test.txt");

URLConnection urlConnection = url.openConnection();

InputStream input = urlConnection.getInputStream();

int data = input.read();

while(data != -1){

    System.out.print((char) data);

    data = input.read();

}

input.close();

请注意，这和通过 HTTP 访问 Web 服务器上的文件的唯一区别是 URL ："file:/D:/test/test.txt" 和 "http://baidu.com"

JarURLConnection

JarURLConnection 类用于连接 Java Jar 文件。连接后可以获取有关 Jar 文件内容的信息。这是一个简单的例子：

String urlString = "http://butterfly.jenkov.com/"

                 + "container/download/"

                 + "jenkov-butterfly-container-2.9.9-beta.jar";

URL jarUrl = new URL(urlString);

JarURLConnection connection = new JarURLConnection(jarUrl);

Manifest manifest = connection.getManifest();

JarFile jarFile = connection.getJarFile();

//do something with Jar file...