Java高級篇（二）——網絡通信

　　網絡編程是每個開發人員工具箱中的核心部分，我們在學習了諸多Java的知識后，也將步入幾個大的方向，Java網絡編程就是其中之一。

　　如今強調網絡的程序不比涉及網絡的更多。除了經典的應用程序，如電子郵件、Web瀏覽器和遠程登陸外，大多數主要的應用程序都有某種程度的內質網絡功能。比如我們最常使用的IDE（Eclipse/IDEA）與源代碼存儲庫（GitHub等等）進行通信；再比如Word，可以從URL打開文件；又或者是我們玩的眾多聯機游戲，玩家實時相互對戰等等。Java是第一個從一開始就為網絡應用而設計的編程語言，最早的兩個實用Java應用的程序之一就是Web瀏覽器，隨著Internet的不斷發展，Java成為了唯一適合構建下一代網絡應用程序的語言。（節選自Java NetWork Programming——Elliotte Rusty Harold著）

一、Client/Server

　　為了實現兩臺計算機的通信，必須要用一個網絡線路連接兩臺計算機。服務器（Server）是指提供信息的計算機或程序，客戶機（Client）是指請求信息的計算機或程序，而網絡用于連接服務器與客戶機，實現兩者相互通信。

　　下面我們看一個簡單的通信例子。

　　如下的Server程序是一個服務器端應用程序，使用 Socket 來監聽一個指定的端口。

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("-----------服務器啟動-----------");
        
        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("收到來自客戶端的信息： " + builder);
        reader.close();
        socket.close();
        server.close();
    }

}

?　　如下的Client是一個客戶端程序，該程序通過 socket 連接到服務器并發送一個請求，然后等待一個響應。

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("-----------客戶端啟動-----------");
        
        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();
    }
    
}

　　先啟動服務器，運行結果如下：

　　

　　再運行客戶端，并輸入要發送的信息，如下：

　　

　　此時Server就接收到了Client發送的消息，如下：

　　

　　這就是一個簡單的套接字通信了，具體分析見下方TCP。

二、TCP

　　TCP網絡程序設計是指利用Socket類編寫通信程序，具體實例參照上例。

　　套接字使用TCP提供了兩臺計算機之間的通信機制。 客戶端程序創建一個套接字，并嘗試連接服務器的套接字。當連接建立時，服務器會創建一個 Socket 對象。客戶端和服務器現在可以通過對 Socket 對象的寫入和讀取來進行通信。java.net.Socket 類代表一個套接字，并且 java.net.ServerSocket 類為服務器程序提供了一種來監聽客戶端，并與他們建立連接的機制。

　　兩臺計算機間使用套接字建立TCP連接步驟如下：

• 服務器實例化一個 ServerSocket 對象，表示通過服務器上的端口通信。

• 服務器調用 ServerSocket 類的 accept() 方法，該方法將一直等待，直到客戶端連接到服務器上給定的端口。

• 服務器正在等待時，一個客戶端實例化一個 Socket 對象，指定服務器名稱和端口號來請求連接。

• Socket 類的構造函數試圖將客戶端連接到指定的服務器和端口號。如果通信被建立，則在客戶端創建一個 Socket 對象能夠與服務器進行通信。

• 在服務器端，accept() 方法返回服務器上一個新的 socket 引用，該 socket 連接到客戶端的 socket。

　　連接建立后，通過使用 I/O 流在進行通信，每一個socket都有一個輸出流和一個輸入流，客戶端的輸出流連接到服務器端的輸入流，而客戶端的輸入流連接到服務器端的輸出流。

　　1. InetAddress

　　java.net包中的InetAddress類是與IP地址相關的類，利用該類可以獲取IP地址、主機地址等信息。

InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
String localName = ip.getHostName();    //獲取本地主機名
String localIp = ip.getHostAddress();    //獲取本地主機的ip地址

　　2. ServerSocket?

　　java.net包中的ServetSocket類用于表示服務器套接字，其主要功能是等待來自網絡上的“請求”，它可以通過指定的端口來等待連接的套接字（如上方實例中的9999）。

　　而服務器套接字一次可以與一個套接字連接，如果多臺客戶機同時提出連接請求，服務器套接字會將請求連接的客戶機存入隊列中，然后從中取出一個套接字，與服務器新建的套接字連接起來。若請求連接數大于最大容納數，則多出的連接請求被拒絕。

　　ServerSocket的具體方法可參照API，這里只對accept()方法進行一個說明。調用accept()方法將返回一個與客戶端Socket對象相連的Socket對象，服務器端的Socket對象使用getOutputStream()方法獲得的輸出流對象，將指向客戶端Socket對象使用getInputStream()方法獲得的輸入流對象，反之亦然。

　　需要注意的是，accept()方法會阻塞線程的繼續執行，直到接受客戶的呼叫，如果沒有客戶呼叫服務器，那么下面的代碼將不會執行。

三、UDP

　　用戶數據包協議（UDP）是網絡信息傳輸的另一種形式，基于UDP的通信與基于TCP的通信不同，UDP的信息傳遞更快，但不提供可靠的保證。

　　1. DatagramPacket

　　java.net包中的DatagramPacket類用來表示數據包，構造方法如下：

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

　　上述構造方法中，第一種指定了數據包的內存空間和大小，第二種不僅指定了數據包的內存空間和大小，并且指定了數據包的目標地址和端口。

　　2. DatagramSocket

　　java.net包中的DatagramSocket類用于表示發送和接受數據包的套接字，構造方法如下：

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

　　上述構造方法中，第一種創建數據包套接字并將其綁定到本地主機上任何可用的端口，第二種創建數據包套接字并將其綁定到本地主機上的指定端口，創建數據包套接字并將其綁定到指定的本機地址。

?四、實例測試

　　下面寫一個完整的實例，題目如下：

• 建立服務端程序，服務器端程序接收來自客戶端的請求；
• 從網上下載程序，英語900句，每句占一行；
• 服務端讀取該文件，保存到集合或者列表中；
• 建立客戶端程序，使用”sentence: <編號#>，<編號#>”的格式發生數據。例如：發送”sentense:1,2,3” ， 服務端把相應編號的句子發送給客戶端，并加以呈現；
• 客戶端需要把服務端發送的句子保存起來，如果已經保存有相應的句子，將不再保存；
• 客戶端需要把從服務端獲取的數據存儲到文件中。

?　　1. 程序結構

　　

　　2. Server.java

　　該類為客戶端類。

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("-----------服務器啟動-----------");
        
        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

　　該類為服務器類。

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("-----------客戶端啟動-----------");PrintStream ps = new PrintStream(sk.getOutputStream());System.out.print("發送：");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);//寫文件FileWriter fw = new FileWriter(filename, true);//讀文件String result = new ReadFile().readFile(filename);String s;while ((s = br.readLine()) != null) {System.out.println("服務器推送：" + s);if(!result.contains(s)) {fw.write(s + "\n");}}sk.shutdownInput();ps.close();sk.close();fw.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

　　3. ServerThread

　　通過線程實現信息交互。

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("客戶端："+line);
            String[] split = line.split(":");
            String[] split1 = split[split.length - 1].split(",");
            sk.shutdownInput();

            OutputStream os = sk.getOutputStream();

            PrintStream bw = new PrintStream(os);

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

?　　4. 運行結果

　　先運行服務器

　　

　　再運行客戶端，并輸入信息

　　

　　服務器接收到客戶端發來的請求

　　

?　　服務器將請求結果推送給客戶端，這里客戶端就獲取到了它請求的第174句、第258句及第5句，并輸出到文件中

　　

　　這里的測試文件我測試到了162（也就是該文件的第15行），可以看到在文件中追加了兩行新的句子（174和258），而第5句因為在之前已經出現過了（該文件的第1行），所以沒有追加第5句，完成上述題目。