黑马程序员：Java编程_网络编程

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　　网络编程就是两个(或多个)设备(例如计算机)之间的数据传输，更具体的说，网络编程就是两个或多个程序之间的数据交换，和普通的单机程序相比，网络程序最大的不同就是需要交换数据的程序运行在不同的计算机上，这样就造成了数据交换的复杂。程序员所作的事情就是把数据发送到指定的位置，或者接收到指定的数据。

　　对于网络编程来说，最主要的是计算机和计算机之间的通信，这样首要的问题就是如何找到网络上的计算机呢？为了能够方便的识别网络上的每个设备，网络中的每个设备都会有一个唯一的数字标识，这个就是IP地址。在计算机网络中，命名IP地址的规定有IPv4协议(现在也有IPv6)，该协议规定每个IP地址由4个0-255之间的数字组成，例如10.0.120.34。每个接入网络的计算机都拥有唯一的IP地址，这个IP地址可能是固定的，例如网络上各种各样的服务器，也可以是动态的，例如使用ADSL拨号上网的宽带用户，无论以何种方式获得或是否是固定的，每个计算机在联网以后都拥有一个唯一的合法IP地址，就像每个手机号码一样。但是由于IP地址不容易记忆，所以为了方便记忆，又创造了另外一个概念——域名(Domain Name)，例如sina.com等。一个IP地址可以对应多个域名，一个域名只能对应一个IP地址。域名的概念可以类比手机中的通讯簿，由于手机号码不方便记忆，所以添加一个姓名标识号码，在实际拨打电话时可以选择该姓名，然后拨打即可。在网络中传输的数据，全部是以IP地址作为地址标识，所以在实际传输数据以前需要将域名转换为IP地址，实现这种功能的服务器称之为DNS服务器，也就是通俗的说法叫做域名解析。例如当用户在浏览器输入域名时，浏览器首先请求DNS服务器，将域名转换为IP地址，然后将转换后的IP地址反馈给浏览器，然后再进行实际的数据传输。当DNS服务器正常工作时，使用IP地址或域名都可以很方便的找到计算机网络中的某个设备，例如服务器计算机。当DNS不正常工作时，只能通过IP地址访问该设备。

　　IP地址和域名很好的解决了在网络中找到一个计算机的问题，但是为了让一个计算机可以同时运行多个网络程序，就引入了另外一个概念——端口(port)。

　　一般一个公司前台会有一个电话，每个员工会有一个分机，这样如果需要找到这个员工的话，需要首先拨打前台总机，然后转该分机号即可。这样减少了公司的开销，也方便了每个员工。在该示例中前台总机的电话号码就相当于IP地址，而每个员工的分机号就相当于端口。有了端口的概念以后，在同一个计算机中每个程序对应唯一的端口，这样一个计算机上就可以通过端口区分发送给每个端口的数据了，换句话说，也就是一个计算机上可以并发运行多个网络程序，而不会在互相之间产生干扰。在硬件上规定，端口的号码必须位于0-65535之间，每个端口唯一的对应一个网络程序，一个网络程序可以使用多个端口。这样一个网络程序运行在一台计算上时，不管是客户端还是服务器，都是至少占用一个端口进行网络通讯。在接收数据时，首先发送给对应的计算机，然后计算机根据端口把数据转发给对应的程序。

　　有了IP地址和端口的概念以后，在进行网络通讯交换时，就可以通过IP地址查找到该台计算机，然后通过端口标识这台计算机上的一个唯一的程序，这样就可以进行网络数据的交换了。 但是，进行网络编程时，只有IP地址和端口的概念还是不够的，在实际进行数据交换时，为了让接收端理解该数据，计算机比较笨，什么都不懂，那么就需要规定该数据的格式，这个数据的格式就是协议。电影传送滴答滴答发电报的情节就是一种协议，在实际发报时，需要首先将需要发送的内容转换为电报编码，然后将电报编码发送出去，而接收端接收的是电报编码，如果需要理解电报的内容则需要根据密码本翻译出该电报的内容。这里的密码本就规定了一种数据格式，这种对于网络中传输的数据格式在网络编程中就被称作协议。

　　在现有的网络中，网络通讯的方式主要有两种：TCP(传输控制协议)方式和UDP(用户数据报协议)方式。

　　在使用手机时，向别人传递信息时有两种方式：拨打电话和发送短信。使用拨打电话的方式可以保证将信息传递给别人，因为别人接听电话时本身就确认接收到了该信息。而发送短信的方式价格低廉，使用方便，但是接收人有可能接收不到。在网络通讯中，TCP方式就类似于拨打电话，使用该种方式进行网络通讯时，需要建立专门的虚拟连接，然后进行可靠的数据传输，一次可以传输大量数据，如果数据发送失败，则客户端会自动重发该数据。而UDP方式就类似于发送短信，使用这种方式进行网络通讯时，不需要建立专门的虚拟连接，一次传输的数据不会太大，传输也不是很可靠，如果发送失败则客户端无法获得。这两种传输方式都是实际的网络编程中进行使用，重要的数据一般使用TCP方式进行数据传输，而大量的非核心数据则都通过UDP方式进行传递，在一些程序中甚至结合使用这两种方式进行数据的传递。由于TCP需要建立专用的虚拟连接以及确认传输是否正确，所以使用TCP方式的速度稍微慢一些，而且传输时产生的数据量要比UDP稍微大一些。

　　基础的网络类——InetAddress类

　　该类的功能是代表一个IP地址，并且将IP地址和域名相关的操作方法包含在该类的内部。

import java.net.*;

class  IPDemo
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        //获得本机地址对象
        InetAddress i = InetAddress.getLocalHost();

        System.out.println("address:"+i.getHostAddress());
        System.out.println("name:"+i.getHostName());

        //使用域名创建对象
        InetAddress ia = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        //获得对象中存储的IP
        System.out.println("IP:"+ia.getHostAddress());
        //获得对象中存储的域名
        System.out.println("name:"+ia.getHostName());
    }
}

　　TCP编程：

　　TCP方式的网络通讯是指在通讯的过程中保持连接，有点类似于打电话，只需要拨打一次号码(建立一次网络连接)，就可以多次通话(多次传输数据)。这样方式在实际的网络编程中，由于传输可靠，类似于打电话，如果甲给乙打电话，乙说没有听清楚让甲重复一遍，直到乙听清楚为止，实际的网络传输也是这样，如果发送的一方发送的数据接收方觉得有问题，则网络底层会自动要求发送方重发，直到接收方收到为止。

　　在使用TCP方式进行网络编程时，需要按照网络编程的步骤进行，分别编写客户端和网络端实现二者的通信。

　　在客户端网络编程中，首先需要建立连接，在API中以java.net.Socket类的对象代表网络连接，所以建立客户端网络连接，也就是创建Socket类型的对象，该对象代表网络连接，示例如下：

         Socket socket1 = new Socket(“192.168.1.1”,10000);

         Socket socket2 = new Socket(“www.sina.com”,80);

　　上面的代码中，socket1实现的是连接到IP地址是192.168.1.103的计算机的10000号端口，而socket2实现的是连接到域名是www.sina.com的计算机的80号端口，至于底层网络如何实现建立连接，对于程序员来说是完全透明的。如果建立连接时，本机网络不通，或服务器端程序未开启，则会抛出异常。

　　连接一旦建立，则完成了客户端编程的第一步，紧接着的步骤就是按照“请求-响应”模型进行网络数据交换，数据传输功能由Java IO实现，也就是说只需要从连接中获得输入流和输出流即可，然后将需要发送的数据写入连接对象的输出流中，在发送完成以后从输入流中读取数据即可。示例代码如下：

        OutputStream os = socket1.getOutputStream(); //获得输出流

      　InputStream is = socket1.getInputStream();   //获得输入流

　　上面的代码中，分别从socket1这个连接对象获得了输出流和输入流对象，在整个网络编程中，后续的数据交换就变成了IO操作，也就是遵循“请求-响应”模型的规定，先向输出流中写入数据，这些数据会被系统发送出去，然后在从输入流中读取服务器端的反馈信息，这样就完成了一次数据交换过程，当然这个数据交换过程可以多次进行。

　　最后当数据交换完成以后，关闭网络连接，释放网络连接占用的系统端口和内存等资源，完成网络操作，示例代码如下：

 　　　　socket1.close();

　　在服务器端程序编程中，由于服务器端实现的是被动等待连接，所以服务器端编程的第一个步骤是监听端口，也就是监听是否有客户端连接到达。实现服务器端监听的代码为：

　　

        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

　　该代码实现的功能是监听当前计算机的10000号端口，如果在执行该代码时，10000号端口已经被别的程序占用，那么将抛出异常。否则将实现监听。

　　服务器端编程的第二个步骤是获得连接。该步骤的作用是当有客户端连接到达时，建立一个和客户端连接对应的Socket连 接对象，从而释放客户端连接对于服务器端端口的占用。实现功能就像公司的前台一样，当一个客户到达公司时，会告诉前台我找某某某，然后前台就通知某某某， 然后就可以继续接待其它客户了。通过获得连接，使得客户端的连接在服务器端获得了保持，另外使得服务器端的端口释放出来，可以继续等待其它的客户端连接。 实现获得连接的代码是：

　　

　　

        Socket socket = ss.accept();

　　连接获得以后，后续的编程就和客户端的网络编程类似了，这里获得的Socket类型的连接就和客户端的网络连接一样了，只是服务器端需要首先读取发送过来的数据，然后进行逻辑处理以后再发送给客户端，也就是交换数据的顺序和客户端交换数据的步骤刚好相反。最后，在服务器端通信完成以后，关闭服务器端连接。实现的代码为：

    　　ss.close();    

　　UDP编程：

　　UDP(User Datagram Protocol)，中文意思是用户数据报协议，方式类似于发短信息，是一种物美价廉的通讯方式，使用该种方式无需建立专用的虚拟连接，由于无需建立专用的连接，所以对于服务器的压力要比TCP小很多，所以也是一种常见的网络编程方式。但是使用该种方式最大的不足是传输不可靠，当然也不是说经常丢失，就像大家发短信息一样，理论上存在收不到的可能，这种可能性可能是1%，反正比较小，但是由于这种可能的存在，所以平时我们都觉得重要的事情还是打个电话吧(类似TCP方式)，一般的事情才发短信息(类似UDP方式)。网络编程中也是这样，必须要求可靠传输的信息一般使用TCP方式实现，一般的数据才使用UDP方式实现。

　　在API中，实现UDP方式的编程，包含客户端网络编程和服务器端网络编程，主要由两个类实现，分别是：

• DatagramSocket：DatagramSocket类实现“网络连接”，包括客户端网络连接和服务器端网络连接。虽然UDP方式的网络通讯不需要建立专用的网络连接，但是毕竟还是需要发送和接收数据，DatagramSocket实现的就是发送数据时的发射器，以及接收数据时的监听器的角色。类比于TCP中的网络连接，该类既可以用于实现客户端连接，也可以用于实现服务器端连接。
• DatagramPacket：DatagramPacket类实现对于网络中传输的数据封装，也就是说，该类的对象代表网络中交换的数据。在UDP方式的网络编程中，无论是需要发送的数据还是需要接收的数据，都必须被处理成DatagramPacket类型的对象，该对象中包含发送到的地址、发送到的端口号以及发送的内容等。其实DatagramPacket类的作用类似于现实中的信件，在信件中包含信件发送到的地址以及接收人，还有发送的内容等，邮局只需要按照地址传递即可。在接收数据时，接收到的数据也必须被处理成DatagramPacket类型的对象，在该对象中包含发送方的地址、端口号等信息，也包含数据的内容。和TCP方式的网络传输相比，IO编程在UDP方式的网络编程中变得不是必须的内容，结构也要比TCP方式的网络编程简单一些。

　　UDP客户端编程涉及的步骤也是4个部分：建立连接、发送数据、接收数据和关闭连接。

　　UDP方式的网络编程中建立连接的实现。其中UDP方式的建立连接和TCP方式不同，只需要建立一个连接对象即可，不需要指定服务器的IP和端口号码。实现的代码为：

　　　　DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

　　这样就建立了一个客户端连接，该客户端连接使用系统随机分配的一个本地计算机的未用端口号。在该连接中，不指定服务器端的IP和端口，所以UDP方式的网络连接更像一个发射器，而不是一个具体的连接。也可以通过制定连接使用的端口号来创建客户端连接。在UDP方式的网络编程中，IO技术不是必须的，在发送数据时，需要将需要发送的数据内容首先转换为byte数组，然后将数据内容、服务器IP和服务器端口号一起构造成一个DatagramPacket类型的对象，这样数据的准备就完成了，发送时调用网络连接对象中的send方法发送该对象即可。例如将字符串“Hello”发送到IP是127.0.0.1，端口号是10001的服务器，则实现发送数据的代码如下：

                   String s = “Hello”;

                   String host = “127.0.0.1”;

                   int port = 10001;

                  //将发送的内容转换为byte数组

                   byte[] b = s.getBytes();

                   //将服务器IP转换为InetAddress对象

                   InetAddress server = InetAddress.getByName(host);

                   //构造发送的数据包对象

                   DatagramPacket sendDp = new DatagramPacket(b,b.length,server,port);

                   //发送数据

                   ds.send(sendDp);            

　　在该示例代码中，不管发送的数据内容是什么，都需要转换为byte数组，然后将服务器端的IP地址构造成InetAddress类型的对象，在准备完成以后，将这些信息构造成一个DatagramPacket类型的对象，在UDP编程中，发送的数据内容、服务器端的IP和端口号，都包含在DatagramPacket对象中。在准备完成以后，调用连接对象ds的send方法把DatagramPacket对象发送出去即可。按照UDP协议的约定，在进行数据传输时，系统只是尽全力传输数据，但是并不保证数据一定被正确传输，如果数据在传输过程中丢失，那就丢失了。

　　当数据发送出去以后，就可以接收服务器端的反馈信息了。接收数据在Java语言中的实现是这样的：首先构造一个数据缓冲数组，该数组用于存储接收的服务器端反馈数据，该数组的长度必须大于或等于服务器端反馈的实际有效数据的长度。然后以该缓冲数组为基础构造一个DatagramPacket数据包对象，最后调用连接对象的receive方法接收数据即可。接收到的服务器端反馈数据存储在DatagramPacket类型的对象内部。实现接收数据以及显示服务器端反馈内容的示例代码如下：

                   //构造缓冲数组

                   byte[] data = new byte[1024];

                   //构造数据包对象

                   DatagramPacket received = new DatagramPacket(data,data.length);

                   //接收数据

                   ds.receive(receiveDp);

                   //输出数据内容

                   byte[] b = receiveDp.getData(); //获得缓冲数组

                   int len = receiveDp.getLength(); //获得有效数据长度

                   String s = new String(b,0,len);

                   System.out.println(s);

　　该代码中，首先构造缓冲数组data，这里设置的长度1024是预估的接收到的数据长度，要求该长度必须大于或等于接收到的数据长度，然后以该缓冲数组为基础，构造数据包对象，使用连接对象ds的receive方法接收反馈数据，由于在Java语言中，除String以外的其它对象都是按照地址传递，所以在receive方法内部可以改变数据包对象receiveDp的内容，这里的receiveDp的功能和返回值类似。数据接收到以后，只需要从数据包对象中读取出来就可以了，使用DatagramPacket对象中的getData方法可以获得数据包对象的缓冲区数组，但是缓冲区数组的长度一般大于有效数据的长度，换句话说，也就是缓冲区数组中只有一部分数据是反馈数据，所以需要使用DatagramPacket对象中的getLength方法获得有效数据的长度，则有效数据就是缓冲数组中的前有效数据长度个内容，这些才是真正的服务器端反馈的数据的内容。

　　UDP方式客户端网络编程的最后一个步骤就是关闭连接。虽然UDP方式不建立专用的虚拟连接，但是连接对象还是需要占用系统资源，所以在使用完成以后必须关闭连接。关闭连接使用连接对象中的close方法即可，ds.close();和TCP建立连接的方式不同，UDP方式的同一个网络连接对象，可以发送到达不同服务器端IP或端口的数据包，这点是TCP方式无法做到的。

　　UDP方式网络编程的服务器端实现和TCP方式的服务器端实现类似，也是服务器端监听某个端口，然后获得数据包，进行逻辑处理以后将处理以后的结果反馈给客户端，最后关闭网络连接。首先UDP方式服务器端网络编程需要建立一个连接，该连接监听某个端口，实现的代码为：

　　　　　　DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10010);

　　由于服务器端的端口需要固定，所以一般在建立服务器端连接时，都指定端口号。例如该示例代码中指定10010端口为服务器端使用的端口号，客户端端在连接服务器端时连接该端口号即可。接着服务器端就开始接收客户端发送过来的数据，其接收的方法和客户端接收的方法一直，其中receive方法的作用类似于TCP方式中accept方法的作用，该方法也是一个阻塞方法，其作用是接收数据。接收到客户端发送过来的数据以后，服务器端对该数据进行逻辑处理，然后将处理以后的结果再发送给客户端，在这里发送时就比客户端要麻烦一些，因为服务器端需要获得客户端的IP和客户端使用的端口号，这个都可以从接收到的数据包中获得。示例代码如下：

     //获得客户端的IP

     InetAddress clientIP = receiveDp.getAddress();

     //获得客户端的端口号

     Int clientPort = receiveDp.getPort();

　　

　　使用以上代码，就可以从接收到的数据包对象receiveDp中获得客户端的IP地址和客户端的端口号，这样就可以在服务器端中将处理以后的数据构造成数据包对象，然后将处理以后的数据内容反馈给客户端了。最后，当服务器端实现完成以后，关闭服务器端连接，实现的方式为调用连接对象的close方法，示例代码如下：

     ds.close();

　　参考：http://www.cnblogs.com/springcsc/archive/2009/12/03/1616413.html

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