java 网络编程

2021-09-15 22:49:08

网络基本知识：

在java中网络程序有两种协议：TCP和UDP，TCP通过握手协议进行可靠的连接，UDP则是不可靠连接。

IP地址：用于标记一台计算机的身份证。

IP地址由网络地址（确定网络）和主机地址（网络中的主机）组成。

子网掩码：为了区分网络地址和主机地址。

IP地址分为A类地址、B类地址、C类地址（常用）、D类地址、E类地址。

127.0.0.1（localhost）是本机地址。

IPV4和IPV6

IPV4使用4个十进制数表示，即32位二进制。

SMTP是简单邮件传输协议，端口号是25.

telnet用于连接远程计算机或者因特网计算机提供的服务。每个服务都会设定一个端口。

给出类似     telnet ip    port    即可和特定的服务进行通信

如果要连接因特网的服务，不仅要给出端口，还要给出计算机的名称，只有给出IP地址和端口号时，才能够请求服务，并接收到应答。

URL和URI

URI:统一资源标识符，用于标识一个web资源，包含了两个部分。

(1)URL:统一资源定位符。能够精确的定位数据的URI

(2)URN:统一资源名称。除了URL的URI

在java中URI和URL是分开的两个类，URI类专门用于解析，URL用于通信。

URL

1.URI分类

绝对和相对：

(1)绝对URI是指有确定的协议。比如http,ftp。后面以/进行分隔

(2)相对URI是没有scheme的。

透明和不透明：

(1)不透明URI是不能够被解析的URI。不透明URI是绝对URI。scheme后面的部分不是以/进行分割。

分层和不分层：

(1)分层是绝对透明URI或相对URI。

所有的网页端口都是80.

2.URI的作用：

(1)解析

URI的格式：

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

scheme表示用的协议，可以是http\https\ftp\file等。

scheme-specific-part是其余部分。

进一步细分：

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

常用方法：

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

(2)相对标识符和绝对标识符的转换

resolve和relative函数。

示例代码：

任务1：取得特定网址的html代码。

任务2：分析地址信息。

任务3：绝对地址和相对地址转换

 

[java] view plaincopy
  1. package org.core;  
  2.   
  3. import java.net.*;  
  4. import java.util.*;  
  5.   
  6. public class URLTest1 {  
  7.   
  8.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
  9.         URL url = new URL("http://www.ecnu.edu.cn");  
  10.         Scanner in = new Scanner(url.openStream());  
  11.         while (in.hasNextLine()) {  
  12.             String str = in.nextLine();  
  13.             System.out.println(str);  
  14.         }  
  15.   
  16.         URI uri = new URI("http://blog.csdn.net/xiazdong");  
  17.         System.out.println(uri.getScheme());  
  18.         System.out.println(uri.getSchemeSpecificPart());  
  19.         System.out.println(uri.getAuthority());  
  20.         System.out.println(uri.getUserInfo());  
  21.         System.out.println(uri.getHost());  
  22.         System.out.println(uri.getPort());  
  23.         System.out.println(uri.getPath());  
  24.         System.out.println(uri.getQuery());  
  25.         System.out.println(uri.getFragment());  
  26.   
  27.         String str = "/article/details/6705033";  
  28.         URI combined = uri.resolve(str);// 根据uri的路径把str变成绝对地址  
  29.         System.out.println(combined.getScheme()  
  30.                 + combined.getSchemeSpecificPart());  
  31.   
  32.         URI relative = uri.relativize(new URI(str));  
  33.         System.out.println(relative.getSchemeSpecificPart());  
  34.   
  35.     }  
  36.   
  37. }  



 

URL和URLConnection

URL的作用

1.如果想要获取某个网页的html源代码，比如http://blog.csdn.net/xiazdong 则只需要:

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

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

即可.

2.获取消息头信息

  • URLConnection connection = url.openConnection();
  • connection.getHeaderFields()返回一个Map<String,List<String>>
  • connection.getContentLength();
  • connection.getContentType();
  • connection.setDoOutput(true)获得输出流
  • connection.getOutputStream();
  • connection.getInputStream();

代码示例：

 

[java] view plaincopy
  1. package org.core;  
  2.   
  3. import java.net.*;  
  4. import sun.misc.*;  
  5. import java.util.*;  
  6. import java.io.*;  
  7.   
  8. public class URLConnectionTest {  
  9.   
  10.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
  11.         String urlName = "http://java.sun.com";  
  12.         URL url = new URL(urlName);  
  13.         URLConnection connection = url.openConnection();  
  14.         Map<String, List<String>> map = connection.getHeaderFields();  
  15.         for (Map.Entry<String, List<String>> entry : map.entrySet()) {  
  16.             String key = entry.getKey();  
  17.             List<String> value = entry.getValue();  
  18.             System.out.println(key + ":" + value);  
  19.         }     
  20.   
  21.     }  
  22.   
  23. }  



 

在网页中如果要提交数据给web服务器，通常要把数据发送给web服务器，然后web服务器委派一个脚本对数据进行处理，返回一个相应。

通常发送数据的方法有两种：get和post。

（1）get方法是直接把数据跟在url的后面，以name=value进行传输，

每个数据之间用&进行分割，value中的空格用+替换，非字母数字用%替换，并后跟两个16进制数，这种编码方式称为URL编码。URLEncoder和URLDecoder

（2）post方法是通过URLConnection发送给服务器，编码方式和get一样。URLEncoder.encode(VALUE,"UTF-8");

一般在传输中文时会运用编码和解码。

示例：通过URLEncoder和URLDecoder编码和解码

略

InetAddress  根据域名得到IP地址或名称

没有构造方法，通过：

(1)InetAddress i1 = InetAddress.getByName(String)返回一个InetAddress实例。

(2)如果一个地址有多个ip地址，比如google，有3个ip地址，就调用InetAddress[] i2 = InetAddress.getAllByName(String);

InetAddress.getLocalhost()获得本机的InetAddress实例。

代码实例：

 

[java] view plaincopy
  1. package org.core;  
  2.   
  3. import java.net.InetAddress;  
  4.   
  5. public class InetAddressTest {  
  6.   
  7.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
  8.         InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();  
  9.         System.out.println("本机地址："+local.getHostAddress());  
  10.         System.out.println("本机名称："+local.getHostName());  
  11.         InetAddress[] remote = InetAddress.getAllByName("www.google.com");  
  12.         for(InetAddress a : remote)  
  13.         {  
  14.             System.out.println("地址："+a.getHostAddress());  
  15.             System.out.println("名称："+a.getHostName());  
  16.         }     
  17.     }  
  18. }  

 

 

 

 

Socket（TCP）

Socket是一个用于机器之间通信的类。

Socket客户端：

(1)Socket s = new Socket(ip,port);打开一个套接字，发送请求    

(2)InputStream istream = s.getInputStream();接收数据

(3)OutputStream ostream  = s.getOutputStream();发送数据

需要用PrintWriter和Scanner进行包装，并且注意PrintWriter的自动缓冲。

Socket服务器：注意多个客户端同时访问服务器的问题：多线程

(1)ServerSocket server = new ServerSocket(port);创建一个端口

(2)Socket s = server.accept();        只有当有客户端请求并连接，函数才会返回

(3)InputStream istream = s.getInputStream();接收数据

(4)OutputStream ostream  = s.getOutputStream();发送数据

需要用PrintWriter和Scanner进行包装，并且注意PrintWriter的自动缓冲。

我们在使用PrintWriter时需要使用println()函数;

 

当服务器或客户端任意一方请求结束通信，则立刻停止。

问题1：在套接字中会发生阻塞的地方：

（1）实例化Socket时，会阻塞。

（2）在in.nextLine()类似操作时会阻塞。

解决方法：

（1）对于第一个问题，解决方法：

  • Socket s = new Socket();建立无连接socket
  • s.connect(new InetSocketAddress(host,port),timeout);设置超时。

（2）对于第二个问题，解决方法是设置s.setSoTimeout(long)设置超时时间

问题2：当客户端想要关闭套接字时，但却不能确定服务器是否还在发送数据，但是只要一关闭就立刻断开。

解决方法：

socket.shutdownOutput()关闭输出流

socket.shutdownInput()关闭输入流

半关闭示例代码：客户端发送hello给服务器，同时关闭输出流，服务器接收到后关闭输入流，等待5秒发送ECHO hello给客户端。

 Client：

 

[java] view plaincopy
  1. import java.net.*;  
  2. import java.io.*;  
  3. import java.util.*;  
  4. public class shutdownOutputClient {  
  5.   
  6.     public static void main(String[] args)throws Exception {  
  7.         Socket s = new Socket("localhost",8819);  
  8.         Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());  
  9.         PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);  
  10.         out.println("Hello");//输出hello  
  11.         s.shutdownOutput(); //关闭输出流  
  12.         System.out.println("关闭连接");  
  13.         while(in.hasNextLine()){  
  14.             System.out.println(in.nextLine());  
  15.         }  
  16.         s.close();  
  17.     }  
  18.   
  19. }  


Server：

 

 

[java] view plaincopy
  1. import java.net.*;  
  2. import java.io.*;  
  3. import java.util.*;  
  4. public class shutdownOutputServer {  
  5.   
  6.     public static void main(String[] args)throws Exception {  
  7.         ServerSocket server = new ServerSocket(8819);  
  8.         Socket s = server.accept();  
  9.         Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());  
  10.         PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);  
  11.         String str = in.nextLine();  
  12.         System.out.println(str);  
  13.         s.shutdownInput();  
  14.         System.out.println("关闭输入流");  
  15.           
  16.         Thread.sleep(5000);  
  17.         out.println("Echo:"+str);  
  18.         s.close();  
  19.     }  
  20.   
  21. }  



 

综合代码举例：实现一个简单的对等通信程序，通过多线程，一个线程接收数据，一个线程发送数据。

用户1：

 

[java] view plaincopy
  1. import java.util.*;  
  2. import java.io.*;  
  3. import java.net.*;  
  4. public class Client{  
  5.     public static void main(String[]args)throws Exception{  
  6.         Socket s = new Socket("localhost",8819);  
  7.         PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);  
  8.         Thread t = new Thread(new Receive(s));  
  9.         t.start();  
  10.         //以下代码用于发送数据  
  11.         Scanner in = new Scanner(System.in);//键盘输入  
  12.         while(in.hasNextLine()){    //一直不断  
  13.             out.println(in.nextLine()); //发送键盘输入数据  
  14.         }  
  15.     }  
  16. }  
  17. class Receive implements Runnable   //这个类用于接收数据  
  18. {  
  19.     private Socket s;  
  20.     public Receive(Socket s)  
  21.     {  
  22.         this.s = s;  
  23.     }  
  24.     public void run()  
  25.     {  
  26.         try{  
  27.             Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());   //in：接收数据  
  28.           
  29.             String str = null;  
  30.             while(true)  
  31.             {  
  32.                 str = in.nextLine();      
  33.                 System.out.println("服务器说："+str);    //打印接收数据  
  34.             }  
  35.               
  36.         }  
  37.         catch(Exception e){}  
  38.     }  
  39. }  


用户2：

 

 

[java] view plaincopy
  1. import java.util.*;  
  2. import java.io.*;  
  3. import java.net.*;  
  4. public class Server{  
  5.     public static void main(String[]args)throws Exception{  
  6.         ServerSocket server = new ServerSocket(8819);  
  7.         Socket s = server.accept();  
  8.         PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);  
  9.         Thread t = new Thread(new Receive1(s));  
  10.         t.start();  
  11.         //以下代码用于发送数据  
  12.         Scanner in = new Scanner(System.in);//键盘输入  
  13.         while(in.hasNextLine()){    //一直不断  
  14.             out.println(in.nextLine()); //发送键盘输入数据  
  15.         }  
  16.     }  
  17. }  
  18. class Receive1 implements Runnable  //这个类用于接收数据  
  19. {  
  20.     private Socket s;  
  21.     public Receive1(Socket s)  
  22.     {  
  23.         this.s = s;  
  24.     }  
  25.     public void run()  
  26.     {  
  27.         try{  
  28.             Scanner in = new Scanner(s.getInputStream());   //in：接收数据  
  29.           
  30.             String str = null;  
  31.             while(true)  
  32.             {  
  33.                 str = in.nextLine();      
  34.                 System.out.println("客户端说："+str);    //打印接收数据  
  35.             }  
  36.               
  37.         }  
  38.         catch(Exception e){}  
  39.     }  
  40. }  



 

以上的程序属于C/S，需要同时维护客户端和服务器的代码。

B/S：浏览器和服务器，只需要维护一方代码即可。

聊天工具使用UDP非常多，因为我们通常也会遇到我们发给另一个人一条消息，另一个人却没有收到的情况。

DatagramPacket和DatagramSocket  数据报

代码举例：实现服务器发送数据报到客户端。

Client：

 

[java] view plaincopy
  1. package org.core;  
  2.   
  3. import java.net.*;  
  4. import java.io.*;  
  5. public class DatagramClient {  
  6.   
  7.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
  8.         byte[]buf = new byte[1024];  
  9.         DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf,1024);  
  10.         DatagramSocket client = new DatagramSocket(9000);  
  11.         client.receive(packet);  
  12.         String str = new String(buf,0,packet.getLength());  
  13.         System.out.println(packet.getAddress().getHostName()+":"+str);  
  14.         client.close();  
  15.     }  
  16.   
  17. }  


Server：

 

 

[java] view plaincopy
  1. package org.core;  
  2.   
  3. import java.net.DatagramPacket;  
  4. import java.net.DatagramSocket;  
  5. import java.net.InetAddress;  
  6.   
  7. public class DatagramServer {  
  8.   
  9.     public static void main(String[] args)throws Exception {  
  10.         DatagramSocket server = new DatagramSocket(3000);  
  11.         String str = "hello world";  
  12.         DatagramPacket packet = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.length(),InetAddress.getLocalHost(),9000);  
  13.         server.send(packet);  
  14.         server.close();  
  15.     }  
  16. }  

 

QQ聊天应用

Server端

 

[java] view plaincopy
  1. package org.xiazdong.server;  
  2.   
  3.   
  4. import java.awt.BorderLayout;  
  5. import java.awt.event.ActionEvent;  
  6. import java.awt.event.ActionListener;  
  7. import java.io.BufferedReader;  
  8. import java.io.InputStreamReader;  
  9. import java.io.PrintStream;  
  10. import java.net.InetAddress;  
  11. import java.net.ServerSocket;  
  12. import java.net.Socket;  
  13.   
  14. import javax.swing.JButton;  
  15. import javax.swing.JFrame;  
  16. import javax.swing.JPanel;  
  17. import javax.swing.JScrollPane;  
  18. import javax.swing.JTextArea;  
  19. import javax.swing.JTextField;  
  20.   
  21. public class Server3 extends JFrame{  
  22.     static JTextArea area;  
  23.     JTextField field;  
  24.     JButton button;  
  25.     static PrintStream writer;  
  26.     public Server3(){  
  27.         this.setTitle("服务器");  
  28.         this.setSize(400,500);  
  29.         area = new JTextArea(25,30);  
  30.         area.setEditable(false);  
  31.         field = new JTextField(20);  
  32.         button = new JButton("提交");  
  33.         JPanel panel = new JPanel();  
  34.         JScrollPane sp = new JScrollPane(area);  
  35.         this.add(sp,BorderLayout.CENTER);  
  36.         panel.add(field);  
  37.         panel.add(button);  
  38.         this.add(panel,BorderLayout.SOUTH);  
  39.         this.setVisible(true);  
  40.         this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);  
  41.           
  42.         button.addActionListener(new ActionListener(){  
  43.   
  44.             @Override  
  45.             public void actionPerformed(ActionEvent e) {  
  46.                 String text = field.getText();  
  47.                 writer.println(text);  
  48.                 area.append("我："+text+"\n");  
  49.                 field.setText("");  
  50.             }  
  51.               
  52.         });  
  53.     }  
  54.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
  55.         Server3 s = new Server3();  
  56.         ServerSocket server = new ServerSocket(8899);  
  57.         System.out.println("开始监听...");  
  58.         Socket socket = server.accept();  
  59.         InetAddress address = socket.getInetAddress();  
  60.         String name = address.getLocalHost().getHostName();  
  61.         System.out.println(name+"已连接");  
  62.         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  
  63.         writer = new PrintStream(socket.getOutputStream(), true);  
  64.         while (true) {  
  65.             String line = null;  
  66.             line = reader.readLine();  
  67.             if (line != null) {   
  68.                     area.append("客户端："+line+"\n");  
  69.             }  
  70.   
  71.         }  
  72.     }  
  73.   
  74. }  


Client端

 

 

[java] view plaincopy
  1. package org.xiazdong.client;  
  2. import java.awt.BorderLayout;  
  3. import java.awt.event.ActionEvent;  
  4. import java.awt.event.ActionListener;  
  5. import java.io.BufferedReader;  
  6. import java.io.InputStreamReader;  
  7. import java.io.OutputStream;  
  8. import java.io.PrintStream;  
  9. import java.io.PrintWriter;  
  10. import java.net.Socket;  
  11.   
  12. import javax.swing.JButton;  
  13. import javax.swing.JFrame;  
  14. import javax.swing.JPanel;  
  15. import javax.swing.JScrollPane;  
  16. import javax.swing.JTextArea;  
  17. import javax.swing.JTextField;  
  18.   
  19. public class Client3 extends JFrame{  
  20.   
  21.     static JTextArea area;  
  22.     JTextField field;  
  23.     JButton button;  
  24.     static PrintWriter writer;  
  25.     public Client3(){  
  26.         this.setTitle("客户端");  
  27.         this.setSize(400,500);  
  28.         area = new JTextArea(25,30);  
  29.         area.setEditable(false);  
  30.         field = new JTextField(20);  
  31.         button = new JButton("提交");  
  32.         JScrollPane sp = new JScrollPane(area);  
  33.         JPanel panel = new JPanel();  
  34.         this.add(sp,BorderLayout.CENTER);  
  35.         panel.add(field);  
  36.         panel.add(button);  
  37.         this.add(panel,BorderLayout.SOUTH);  
  38.         this.setVisible(true);  
  39.         this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);  
  40.           
  41.         button.addActionListener(new ActionListener(){  
  42.   
  43.             @Override  
  44.             public void actionPerformed(ActionEvent e) {  
  45.                 String text = field.getText();  
  46.                 writer.println(text);  
  47.                 area.append("我："+text+"\n");  
  48.                 field.setText("");  
  49.             }  
  50.               
  51.         });  
  52.     }  
  53.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
  54.         Client3 c = new Client3();  
  55.         Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8899);  
  56.         OutputStream out = socket.getOutputStream();  
  57.         BufferedReader reader1 = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  
  58.         writer = new PrintWriter(out,true);  
  59.         System.out.println("已经成功和服务器连接...");  
  60.         while(true){  
  61.             String line = reader1.readLine();  
  62.             area.append("服务器："+line+"\n");  
  63.         }  
  64.     }  
  65.   
  66. }  



 

 

PrintWriter的autoflush

 

 

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

则调用println()、printf()、format()函数时会自动刷新，其他函数都不会，比如write()、print()函数时不会自动刷新

 

 网络编程常见异常

 

第1个异常是java.net.BindException:Address already in use: JVM_Bind。该异常发生在服务器端进行new ServerSocket(port)（port是一个0，65536的整型值）操作时。异常的原因是以为与port一样的一个端口已经被启动，并进行监听。此时用netstat –an命令，可以看到一个Listending状态的端口。只需要找一个没有被占用的端口就能解决这个问题。 

第2个异常是java.net.ConnectException: Connection refused: connect。该异常发生在客户端进行new Socket(ip, port)操作时，该异常发生的原因是或者具有ip地址的机器不能找到（也就是说从当前机器不存在到指定ip路由），或者是该ip存在，但找不到指定的端口进行监听。出现该问题，首先检查客户端的ip和port是否写错了，如果正确则从客户端ping一下服务器看是否能ping通，如果能ping通（服务服务器端把ping禁掉则需要另外的办法），则看在服务器端的监听指定端口的程序是否启动，这个肯定能解决这个问题。 

第3个异常是java.net.SocketException: Socket is closed，该异常在客户端和服务器均可能发生。异常的原因是己方主动关闭了连接后（调用了Socket的close方法）再对网络连接进行读写操作。 

第4个异常是java.net.SocketException: （Connection reset或者Connect reset by peer:Socket write error）。该异常在客户端和服务器端均有可能发生，引起该异常的原因有两个，第一个就是如果一端的Socket被关闭（或主动关闭或者因为异常退出而引起的关闭），另一端仍发送数据，发送的第一个数据包引发该异常(Connect reset by peer)。另一个是一端退出，但退出时并未关闭该连接，另一端如果在从连接中读数据则抛出该异常（Connection reset）。简单的说就是在连接断开后的读和写操作引起的。 

第5个异常是java.net.SocketException: Broken pipe。该异常在客户端和服务器均有可能发生。在第4个异常的第一种情况中（也就是抛出SocketExcepton:Connect reset by peer:Socket write error后），如果再继续写数据则抛出该异常。前两个异常的解决方法是首先确保程序退出前关闭所有的网络连接，其次是要检测对方的关闭连接操作，发现对方关闭连接后自己也要关闭该连接。

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