Java - 網路程式設計

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Java 網路程式設計

Java 網路程式設計 指的是編寫在多個裝置（計算機）上執行的程式，這些裝置透過網路相互連線。

Java 網路程式設計的優勢

• 建立伺服器-客戶端應用程式
• 實現網路協議
• 實現套接字程式設計
• 建立 Web 服務

網路程式設計中使用的包

J2SE API 的 java.net 包包含一系列類和介面，它們提供了底層的通訊細節，允許您編寫專注於解決問題的程式。

java.net 包為兩種常見的網路協議提供支援：

• TCP − TCP 代表傳輸控制協議，它允許兩個應用程式之間進行可靠的通訊。TCP 通常用於網際網路協議之上，稱為 TCP/IP。

• UDP − UDP 代表使用者資料報協議，這是一種無連線的協議，允許在應用程式之間傳輸資料包。

本章對以下兩個主題進行了很好的講解：

• 套接字程式設計 − 這是網路程式設計中最常用的概念，已進行詳細解釋。

• URL 處理 − 這將在單獨章節中介紹。點選此處瞭解 Java 語言中的URL 處理。

Java 網路程式設計中的套接字程式設計

套接字使用 TCP 提供兩臺計算機之間的通訊機制。客戶端程式在其通訊端建立一個套接字，並嘗試將該套接字連線到伺服器。

建立連線後，伺服器在其通訊端建立一個套接字物件。客戶端和伺服器現在可以透過寫入和讀取套接字進行通訊。

java.net.Socket 類表示套接字，java.net.ServerSocket 類為伺服器程式提供了一種機制，用於監聽客戶端並與之建立連線。

使用套接字在兩臺計算機之間建立 TCP 連線時，會發生以下步驟：

• 伺服器例項化一個 ServerSocket 物件，表示要進行通訊的埠號。

• 伺服器呼叫 ServerSocket 類的 accept() 方法。此方法一直等到客戶端連線到給定埠上的伺服器。

• 伺服器等待後，客戶端例項化一個 Socket 物件，指定要連線到的伺服器名稱和埠號。

• Socket 類的建構函式嘗試將客戶端連線到指定的伺服器和埠號。如果建立了通訊，則客戶端現在擁有一個能夠與伺服器通訊的 Socket 物件。

• 在伺服器端，accept() 方法返回對伺服器上連線到客戶端套接字的新套接字的引用。

建立連線後，可以使用 I/O 流進行通訊。每個套接字都有一個 OutputStream 和一個 InputStream。客戶端的 OutputStream 連線到伺服器的 InputStream，客戶端的 InputStream 連線到伺服器的 OutputStream。

TCP 是一種雙向通訊協議，因此資料可以同時透過兩個流傳送。以下是提供完整方法集以實現套接字的有用類。

ServerSocket 類建構函式

java.net.ServerSocket 類用於伺服器應用程式獲取埠並監聽客戶端請求。

ServerSocket 類有四個建構函式：

如果 ServerSocket 建構函式沒有丟擲異常，則表示您的應用程式已成功繫結到指定的埠，並已準備好接受客戶端請求。

ServerSocket 類方法

以下是 ServerSocket 類的一些常用方法：

當 ServerSocket 呼叫 accept() 時，該方法在客戶端連線之前不會返回。客戶端連線後，ServerSocket 會在未指定的埠上建立一個新的 Socket，並返回對這個新 Socket 的引用。現在客戶端和伺服器之間存在 TCP 連線，可以開始通訊。

Socket 類建構函式

java.net.Socket 類表示客戶端和伺服器都用來彼此通訊的套接字。客戶端透過例項化一個 Socket 物件來獲取它，而伺服器則從 accept() 方法的返回值獲取 Socket 物件。

Socket 類有五個建構函式，客戶端可以使用它們來連線到伺服器：

當 Socket 建構函式返回時，它不僅會例項化一個 Socket 物件，還會嘗試連線到指定的伺服器和埠。

Socket 類方法

這裡列出了一些 Socket 類中值得關注的方法。請注意，客戶端和伺服器都有一個 Socket 物件，因此這些方法可以由客戶端和伺服器呼叫。

InetAddress 類方法

此類表示網際網路協議 (IP) 地址。以下是在進行套接字程式設計時可能需要的一些有用方法：

Java 網路程式設計示例

在 Java 中實現 Socket 客戶端

下面的 GreetingClient 是一個客戶端程式，它使用套接字連線到伺服器，傳送問候語，然後等待響應。

示例：Socket 客戶端

// File Name GreetingClient.java
import java.net.*;
import java.io.*;

public class GreetingClient {

   public static void main(String [] args) {
      String serverName = args[0];
      int port = Integer.parseInt(args[1]);
      try {
         System.out.println("Connecting to " + serverName + " on port " + port);
         Socket client = new Socket(serverName, port);
         
         System.out.println("Just connected to " + client.getRemoteSocketAddress());
         OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
         DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);
         
         out.writeUTF("Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
         InputStream inFromServer = client.getInputStream();
         DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
         
         System.out.println("Server says " + in.readUTF());
         client.close();
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

在 Java 中實現 Socket 伺服器

下面的 GreetingServer 程式是一個伺服器應用程式示例，它使用 Socket 類監聽命令列引數指定的埠號上的客戶端：

示例：Socket 伺服器

// File Name GreetingServer.java
import java.net.*;
import java.io.*;

public class GreetingServer extends Thread {
   private ServerSocket serverSocket;
   
   public GreetingServer(int port) throws IOException {
      serverSocket = new ServerSocket(port);
      serverSocket.setSoTimeout(10000);
   }

   public void run() {
      while(true) {
         try {
            System.out.println("Waiting for client on port " + 
               serverSocket.getLocalPort() + "...");
            Socket server = serverSocket.accept();
            
            System.out.println("Just connected to " + server.getRemoteSocketAddress());
            DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream());
            
            System.out.println(in.readUTF());
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            out.writeUTF("Thank you for connecting to " + server.getLocalSocketAddress()
               + "\nGoodbye!");
            server.close();
            
         } catch (SocketTimeoutException s) {
            System.out.println("Socket timed out!");
            break;
         } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            break;
         }
      }
   }
   
   public static void main(String [] args) {
      int port = Integer.parseInt(args[0]);
      try {
         Thread t = new GreetingServer(port);
         t.start();
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

編譯客戶端和伺服器，然後按如下方式啟動伺服器：

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...

按如下方式檢查客戶端程式：

輸出

$ java GreetingClient localhost 6066
Connecting to localhost on port 6066
Just connected to localhost/127.0.0.1:6066
Server says Thank you for connecting to /127.0.0.1:6066
Goodbye!