一文带你学会Java网络编程

原文

1.java网络编程概述

网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口，来专注于解决问题，而不用关注通信细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

TCP：TCP（英语：Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，TCP 层是位于 IP 层之上，应用层之下的中间层。TCP保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。

UDP：UDP （英语：User Datagram Protocol，用户数据报协议），位于 OSI模型的传输层。一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送数据的数据报。由于UDP缺乏可靠性且属于无连接协议，所以应用程序通常必须容许一些丢失、错误或重复的数据包。

2.InetAddress类

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面演示了 Socket 编程时比较有用的方法：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * InetAddress类演示
 */
public class InetAddressTest {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        // 获取本机的InetAddress对象：主机名   IP地址
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost);

        // 根据主机名获取InetAddress对象
        InetAddress host1 = InetAddress.getByName("Dahe-Windows11");
        System.out.println(host1);

        // 根据域名获取InetAddress对象
        InetAddress host2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(host2);

        // 通过InetAddress对象获取对应的地址
        String hostAddress = host2.getHostAddress();
        System.out.println(hostAddress);

        // 通过InetAddress对象获取主机名或者域名
        String hostName = host2.getHostName();
        System.out.println(hostName);
    }
}

输出：

XXX-WindowsXX/192.168.0.1
XXX-WindowsXX/192.168.0.1
www.baidu.com/39.156.66.18
39.156.66.18
www.baidu.com

3.Socket 编程

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。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

  • 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。

TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送

4.TCP编程

TCP字节流编程

我们来模拟一个服务端和客户端通信的过程：

服务端：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 服务端
 */
public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 在本地的9999端口进行监听
        // 细节：需要确保9999端口处于空闲状态
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 没有客户端链接时，会阻塞，等待链接
        // 有客户端链接，则会返回一个Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 通过输入流获取客户端发来的数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        // 读取内容
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLne = 0;
        while ((readLne = inputStream.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLne));
        }
        // 关闭资源
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客户端：

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

/**
 * 客户端
 */
public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 链接服务端，由于是测试程序，直接获取本机的地址即可
        // 链接本机的9999端口，链接成功会返回一个Socket对象
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        // 创建流向服务器端发送数据
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("Hello Server".getBytes());
        // 关闭输出流对象和socket
        outputStream.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出！");
    }
}

同时运行服务端和客户端，该示例代码，客户端会向服务端发送一个流信息：Hello Server

接下来，我们来看一个更为复杂的例子：实现客户端和服务端的双通信

服务端：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 服务端
 */
public class SocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 在本地的9999端口进行监听
        // 细节：需要确保9999端口处于空闲状态
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 没有客户端链接时，会阻塞，等待链接
        // 有客户端链接，则会返回一个Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 通过输入流获取客户端发来的数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        // 读取内容
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLne = 0;
        while ((readLne = inputStream.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLne));
        }
        // 向客户端回送消息
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("hello,client".getBytes());
        // 设置结束标记
        socket.shutdownOutput();
        // 关闭资源
        inputStream.close();
        outputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客户端：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

/**
 * 客户端
 */
public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 链接服务端，由于是测试程序，直接获取本机的地址即可
        // 链接本机的9999端口，链接成功会返回一个Socket对象
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        // 创建流向服务器端发送数据
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write("Hello Server".getBytes());
        // 设置结束标记
        socket.shutdownOutput();
        // 获取服务端的回送数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while ((readLen = inputStream.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLen));
        }
        // 关闭输出流对象和socket
        outputStream.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出！");
    }
}

需要注意：双端通信需要设置结束标记，否则会相互等待，陷入僵持

TCP字符流编程

字符流编程，需要使用转换流的技术

直接上代码：

客户端：

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

/**
 * 基于字符流的TCP编程
 * 客户端
 */

public class CharacterSocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 链接服务端，由于是测试程序，直接获取本机的地址即可
        // 链接本机的9999端口，链接成功会返回一个Socket对象
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        // 创建流向服务器端发送数据
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        // 使用IO转换流
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        bw.write("hello,server 字符流");
        // 插入换行符，表示写入的内容结束
        bw.newLine();
        // 使用字符流，必须手动刷新，否则数据将不会写入通道
        bw.flush();
        // 设置结束标记
        socket.shutdownOutput();
        // 获取服务端的回送数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        String s = br.readLine();
        System.out.println(s);
        // 关闭输出流对象和socket
        br.close();
        bw.close();
        outputStream.close();
        socket.close();
        System.out.println("客户端退出！");
    }
}

服务端：

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

/**
 * 基于字符流的TCP编程
 * 服务端
 */

public class CharacterSocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 在本地的9999端口进行监听
        // 细节：需要确保9999端口处于空闲状态
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 没有客户端链接时，会阻塞，等待链接
        // 有客户端链接，则会返回一个Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 通过输入流获取客户端发来的数据
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        // IO转换流
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        // 必须使用readLine方式来读
        String s = br.readLine();
        System.out.println(s);
        // 向客户端回送消息
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        bw.write("Hello,Client 字符流");
        bw.newLine();
        bw.flush();
        // 关闭资源
        br.close();
        bw.close();
        inputStream.close();
        outputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

5.网络上传文件

服务端代码：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 文件上传，服务端
 */
public class TCPFileUploadServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        Socket socket = serverSocket.accept();
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        String destFilePath = "networkprogramming\\tcp\\color.jpg";
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(destFilePath));
        bos.write(bytes);
        bos.close();
        // 关闭资源
        bis.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

客户端代码：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;

/**
 * 文件上传，客户端
 */
public class TCPFileUploadClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);
        // 创建读取磁盘文件的输入流
        String filePath = "D:\\color.jpg";
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filePath));
        // 此时的bytes就是文件的字节内容
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        // 通过socket获取到输出流，将bytes数据发送给服务端
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        bos.write(bytes);
        bis.close();
        // 写入数据结束标记
        socket.shutdownOutput();
        // 关闭资源
        bos.close();
        socket.close();
    }
}

6.TCP文件下载

客户端代码：

import java.io.*;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * TCP文件下载客户端
 */
public class TCPFileDownloadClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入下载文件名：");
        String downloadFileName = scanner.next();
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        outputStream.write(downloadFileName.getBytes());
        // 设置写入结束标志
        socket.shutdownOutput();
        // 接受服务器返回的文件字节数组
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        // 将文件写入磁盘
        String filePath = "D:\\"   downloadFileName   ".jpg";
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(filePath));
        bos.write(bytes);
        bos.close();
        socket.close();
        outputStream.close();
        bis.close();
    }
}

服务端代码：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * TCP文件下载服务端
 */
public class TCPFileDownloadServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 读取客户端发送的要下载的文件名称
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        byte[] b = new byte[1024];
        int len = 0;
        // 客户端要下载的文件名
        String downloadFileName = "";
        while ((len = inputStream.read(b)) != -1) {
            downloadFileName  = new String(b, 0, len);
        }

        // 提供给客户端下载的实际文件名
        String resFileName = "";
        if ("color".equals(downloadFileName)) {
            resFileName = "networkprogramming\\tcp\\color.jpg";
        } else {
            resFileName = "networkprogramming\\tcp\\fish.jpg";
        }

        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(resFileName));
        // 使用工具类将文件保存到一个字节数组中
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        // 写入到数据通道，返回给客户端
        bos.write(bytes);
        socket.shutdownOutput();
        inputStream.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

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