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。

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.io.InputStreamReader;
 3 import java.io.Reader;
 4 import java.net.ServerSocket;
 5 import java.net.Socket;
 6 
 7 public class Server {
 8 
 9     public static void main(String[] args) throws IOException {
10         int port = 9999;
11         
12         System.out.println("-----------客户端启动-----------");
13         
14         ServerSocket server = new ServerSocket(port);
15         Socket socket = server.accept();
16         Reader reader = new InputStreamReader(socket.getInputStream());
17         char chars[] = new char[1024];
18         int len;
19         StringBuilder builder = new StringBuilder();
20         while ((len=reader.read(chars)) != -1) {
21            builder.append(new String(chars, 0, len));
22         }
23         System.out.println("收到来自客户端的信息: " + builder);
24         reader.close();
25         socket.close();
26         server.close();
27     }
28 
29 }

   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。

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.io.OutputStreamWriter;
 3 import java.io.Writer;
 4 import java.net.Socket;
 5 import java.util.Scanner;
 6 
 7 public class Client {
 8 
 9     public static void main(String[] args) throws IOException {
10         String host = "127.0.0.1";
11         int port = 9999;
12         
13         System.out.println("-----------服务器启动-----------");
14         
15         Socket client = new Socket(host, port);
16         Writer writer = new OutputStreamWriter(client.getOutputStream());
17         Scanner in = new Scanner(System.in);
18         writer.write(in.nextLine());
19         writer.flush();
20         writer.close();
21         client.close();
22         in.close();
23     }
24     
25 }

  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。

 1 import java.io.*;
 2 import java.net.ServerSocket;
 3 import java.net.Socket;
 4 import java.util.ArrayList;
 5 import java.util.List;
 6 
 7 /**
 8  * 
 9  * @author adamjwh
10  *
11  */
12 public class Server {
13     
14     public static List<String> sentence;
15     private static String filename = "src/com/adamjwh/jnp/ex6_2/English900.txt";
16     
17     public static void main(String[] args) throws IOException {
18         sentence=new ArrayList<>();
19         System.out.println("-----------服务器启动-----------");
20         
21         FileReader fileReader = new FileReader(filename);
22         BufferedReader br = new BufferedReader(fileReader);
23         
24         String inputLine = null;
25         while ((inputLine = br.readLine()) != null) {
26             sentence.add(inputLine);
27         }
28 
29         ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
30         while(true){
31             Socket sk =ss.accept();
32             ServerThread st = new ServerThread(sk);
33             st.start();
34         }
35         
36     }
37 }

  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 + "\n");
                }
            }

            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。

 1 import java.io.*;
 2 import java.net.Socket;
 3 
 4 /**
 5  * 
 6  * @author adamjwh
 7  *
 8  */
 9 public class ServerThread extends Thread{
10     Socket sk;
11     public ServerThread(Socket sk){
12         this.sk= sk;
13     }
14     public void run() {
15         BufferedReader br=null;
16         try{
17             br  = new BufferedReader(new InputStreamReader(sk.getInputStream()));
18             String line = br.readLine();
19             System.out.println("客户端:"+line);
20             String[] split = line.split(":");
21             String[] split1 = split[split.length - 1].split(",");
22             sk.shutdownInput();
23 
24             OutputStream os = sk.getOutputStream();
25 
26             PrintStream bw = new PrintStream(os);
27 
28             //给客户端返回信息
29             for(int i=0;i<split1.length;i++) {
30                 bw.print(Server.sentence.get(Integer.parseInt(split1[i])%Server.sentence.size())+"\n");
31             }
32             bw.flush();
33             br.close();
34             sk.close();
35         }
36         catch(IOException e){
37             e.printStackTrace();
38         }
39     }
40 }

   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。

  

posted @ 2018-04-16 16:22 JAdam 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏