Java高级篇（二）——网络通信

　　网络编程是每个开发人员工具箱中的核心部分，我们在学习了诸多Java的知识后，也将步入几个大的方向，Java网络编程就是其中之一。

　　如今强调网络的程序不比涉及网络的更多。除了经典的应用程序，如电子邮件、Web浏览器和远程登陆外，大多数主要的应用程序都有某种程度的内质网络功能。比如我们最常使用的IDE（Eclipse/IDEA）与源代码存储库（GitHub等等）进行通信；再比如Word，可以从URL打开文件；又或者是我们玩的众多联机游戏，玩家实时相互对战等等。Java是第一个从一开始就为网络应用而设计的编程语言，最早的两个实用Java应用的程序之一就是Web浏览器，随着Internet的不断发展，Java成为了唯一适合构建下一代网络应用程序的语言。（节选自Java NetWork Programming——Elliotte Rusty Harold著）

一、Client/Server

　　为了实现两台计算机的通信，必须要用一个网络线路连接两台计算机。服务器（Server）是指提供信息的计算机或程序，客户机（Client）是指请求信息的计算机或程序，而网络用于连接服务器与客户机，实现两者相互通信。

　　下面我们看一个简单的通信例子。

　　如下的Server程序是一个服务器端应用程序，使用 Socket 来监听一个指定的端口。

import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.Reader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int port = 9999;
        
        System.out.println("-----------服务器启动-----------");
        
        ServerSocket server = new ServerSocket(port);
        Socket socket = server.accept();
        Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
        char chars[] = new char[1024];
        int len;
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
           builder.append(new String(chars, 0, len));
        }
        System.out.println("收到来自客户端的信息： " + builder);
        reader.close();
        socket.close();
        server.close();
    }

}

 　　如下的Client是一个客户端程序，该程序通过 socket 连接到服务器并发送一个请求，然后等待一个响应。

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.Writer;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String host = "127.0.0.1";
        int port = 9999;
        
        System.out.println("-----------客户端启动-----------");
        
        Socket client = new Socket(host, port);
        Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        writer.write(in.nextLine());
        writer.flush();
        writer.close();
        client.close();
        in.close();
    }
    
}

　　先启动服务器，运行结果如下：

　　

　　再运行客户端，并输入要发送的信息，如下：

　　

　　此时Server就接收到了Client发送的消息，如下：

　　

　　这就是一个简单的套接字通信了，具体分析见下方TCP。

二、TCP

　　TCP网络程序设计是指利用Socket类编写通信程序，具体实例参照上例。

　　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。

　　两台计算机间使用套接字建立TCP连接步骤如下：

• 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。

　　1. InetAddress

　　java.net包中的InetAddress类是与IP地址相关的类，利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。

InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
String localName = ip.getHostName();    //获取本地主机名
String localIp = ip.getHostAddress();    //获取本地主机的ip地址

　　2. ServerSocket 

　　java.net包中的ServetSocket类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的“请求”，它可以通过指定的端口来等待连接的套接字（如上方实例中的9999）。

　　而服务器套接字一次可以与一个套接字连接，如果多台客户机同时提出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入队列中，然后从中取出一个套接字，与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接数大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。

　　ServerSocket的具体方法可参照API，这里只对accept()方法进行一个说明。调用accept()方法将返回一个与客户端Socket对象相连的Socket对象，服务器端的Socket对象使用getOutputStream()方法获得的输出流对象，将指向客户端Socket对象使用getInputStream()方法获得的输入流对象，反之亦然。

　　需要注意的是，accept()方法会阻塞线程的继续执行，直到接受客户的呼叫，如果没有客户呼叫服务器，那么下面的代码将不会执行。

三、UDP

　　用户数据包协议（UDP）是网络信息传输的另一种形式，基于UDP的通信与基于TCP的通信不同，UDP的信息传递更快，但不提供可靠的保证。

　　1. DatagramPacket

　　java.net包中的DatagramPacket类用来表示数据包，构造方法如下：

DatagramPacket(byte[] buf, int length)
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)

　　上述构造方法中，第一种指定了数据包的内存空间和大小，第二种不仅指定了数据包的内存空间和大小，并且指定了数据包的目标地址和端口。

　　2. DatagramSocket

　　java.net包中的DatagramSocket类用于表示发送和接受数据包的套接字，构造方法如下：

DatagramSocket()
DatagramSocket(int port)
DatagramSocket(int port, InetAddress addr)

　　上述构造方法中，第一种创建数据包套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口，第二种创建数据包套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口，创建数据包套接字并将其绑定到指定的本机地址。

 四、实例测试

　　下面写一个完整的实例，题目如下：

• 建立服务端程序，服务器端程序接收来自客户端的请求；
• 从网上下载程序，英语900句，每句占一行；
• 服务端读取该文件，保存到集合或者列表中；
• 建立客户端程序，使用”sentence: <编号#>，<编号#>”的格式发生数据。例如：发送”sentense:1,2,3” ， 服务端把相应编号的句子发送给客户端，并加以呈现；
• 客户端需要把服务端发送的句子保存起来，如果已经保存有相应的句子，将不再保存；
• 客户端需要把从服务端获取的数据存储到文件中。

 　　1. 程序结构

　　

　　2. Server.java

　　该类为客户端类。

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 
 * @author adamjwh
 *
 */
public class Server {
    
    public static List<String> sentence;
    private static String filename = "src/com/adamjwh/jnp/ex6_2/English900.txt";
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        sentence=new ArrayList<>();
        System.out.println("-----------服务器启动-----------");
        
        FileReader fileReader = new FileReader(filename);
        BufferedReader br = new BufferedReader(fileReader);
        
        String inputLine = null;
        while ((inputLine = br.readLine()) != null) {
            sentence.add(inputLine);
        }

        ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
        while(true){
            Socket sk =ss.accept();
            ServerThread st = new ServerThread(sk);
            st.start();
        }
        
    }
}

　　2. Client.java

　　该类为服务器类。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * 
 * @author adamjwh
 *
 */
public class Client {
    
    private static String filename = "src/com/adamjwh/jnp/ex6_2/result.txt";
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket sk = new Socket("127.0.0.1", 9999);
            System.out.println("-----------客户端启动-----------");

            PrintStream ps = new PrintStream(sk.getOutputStream());
            System.out.print("发送：");
            Scanner sn = new Scanner(System.in);
            String str = sn.nextLine();
            ps.println(str);

            InputStream is = sk.getInputStream();
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            
            //写文件
            FileWriter fw = new FileWriter(filename, true);
            //读文件
            String result = new ReadFile().readFile(filename);
            
            String s;
            while ((s = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("服务器推送：" + s);
                if(!result.contains(s)) {
                    fw.write(s + "
");
                }
            }

            sk.shutdownInput();
            ps.close();
            sk.close();
            fw.close();

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

    }
}

　　3. ServerThread

　　通过线程实现信息交互。

import java.io.*;
import java.net.Socket;

/**
 * 
 * @author adamjwh
 *
 */
public class ServerThread extends Thread{
    Socket sk;
    public ServerThread(Socket sk){
        this.sk= sk;
    }
    public void run() {
        BufferedReader br=null;
        try{
            br  = new BufferedReader(new InputStreamReader(sk.getInputStream()));
            String line = br.readLine();
            System.out.println("客户端："+line);
            String[] split = line.split(":");
            String[] split1 = split[split.length - 1].split(",");
            sk.shutdownInput();

            OutputStream os = sk.getOutputStream();

            PrintStream bw = new PrintStream(os);

            //给客户端返回信息
            for(int i=0;i<split1.length;i++) {
                bw.print(Server.sentence.get(Integer.parseInt(split1[i])%Server.sentence.size())+"
");
            }
            bw.flush();
            br.close();
            sk.close();
        }
        catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 　　4. 运行结果

　　先运行服务器

　　

　　再运行客户端，并输入信息

　　

　　服务器接收到客户端发来的请求

　　

 　　服务器将请求结果推送给客户端，这里客户端就获取到了它请求的第174句、第258句及第5句，并输出到文件中

　　

　　这里的测试文件我测试到了162（也就是该文件的第15行），可以看到在文件中追加了两行新的句子（174和258），而第5句因为在之前已经出现过了（该文件的第1行），所以没有追加第5句，完成上述题目。