Java 網路程式設計


網路程式設計是指編寫運行在多個裝置（電腦）的程序，這些裝置都透過網路連接起來。

java.net套件中J2SE的API包含有類別和接口，它們提供低層次的通訊細節。你可以直接使用這些類別和接口，來專注於解決問題，而不用專注於通訊細節。

java.net套件中提供了兩種常見的網路協定的支援：

  • #TCP： TCP是傳輸控制協定的縮寫，它保障了兩個應用程式之間的可靠通訊。通常用於互聯網協議，被稱為TCP / IP。

  • UDP:UDP是用戶資料封包協定的縮寫，一個無連線的協定。提供了應用程式之間要發送的資料的資料包。

本教學主要講解以下兩個主題。

  • Socket 程式設計: 這是使用最廣泛的網路概念，它已被解釋地非常詳細

  • URL 處理: 這部分會在另外的篇幅裡講，點擊這裡更詳細地了解在Java語言中的URL處理。

Socket 程式設計

套接字使用TCP提供了兩台電腦之間的通訊機制。 客戶端程式建立一個套接字，並嘗試連接伺服器的套接字。

當連線建立時，伺服器會建立一個Socket物件。客戶端和伺服器現在可以透過對Socket物件的寫入和讀取來進行通訊。

java.net.Socket類別代表一個套接字，並且java.net.ServerSocket類別為伺服器程式提供了一種來監聽客戶端，並與他們建立連接的機制。

以下步驟在兩台電腦之間使用套接字建立TCP連線時會出現：

  • 伺服器實例化一個ServerSocket對象，表示透過伺服器上的連接埠通訊。

  • 伺服器呼叫 ServerSocket類別 的accept（）方法，該方法將一直等待，直到客戶端連接到伺服器上給定的連接埠。

  • 伺服器正在等待時，一個客戶端實例化一個Socket對象，指定伺服器名稱和連接埠號碼來請求連線。

  • Socket類別的建構函式試圖將客戶端連接到指定的伺服器和連接埠號碼。如果通訊被建立，則在客戶端建立一個Socket物件能夠與伺服器進行通訊。

  • 在伺服器端，accept()方法傳回伺服器上一個新的socket引用，該socket連接到客戶端的socket。


連線建立後，透過使用I/O流在進行通訊。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伺服器端的輸入流，而客戶端的輸入流連接到伺服器端的輸出流。


TCP是一個雙向的通訊協議，因此資料可以透過兩個資料流在同一時間發送。以下是一些類別提供的一套完整的有用的方法來實作sockets。

ServerSocket 類別的方法

伺服器應用程式透過使用java.net.ServerSocket類別以取得一個連接埠,並且偵聽客戶端請求。

ServerSocket類別有四個建構方法：

#序號方法描述
1public ServerSocket(int port) throws IOException
建立綁定到特定連接埠的伺服器套接字。
2public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
# 利用指定的 backlog 建立伺服器套接字並將其綁定到指定的本機連接埠號碼。
3public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException
# 使用指定的連接埠、偵聽 backlog 和要綁定到的本機 IP 位址建立伺服器。
4public ServerSocket() throws IOException
# 建立非綁定伺服器套接字。

建立非綁定伺服器套接字。 如果ServerSocket建構方法沒有拋出異常，就表示你的應用程式已經成功綁定到指定的端口，並且偵聽客戶端請求。

這裡有一些ServerSocket類別的常用方法：

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Socket 類別的方法

java.net.Socket類別代表客戶端和伺服器都用來互相溝通的套接字。客戶端要取得一個Socket物件透過實例化 ，而 伺服器取得一個Socket物件則透過accept()方法的回傳值。

Socket類別有五個建構方法.

#序號##方法描述
public int getLocalPort()   傳回此套接字在其上偵聽的連接埠。
public Socket accept() throws IOException 偵聽並接受到此套接字的連線。
public void setSoTimeout(int timeout)#  透過指定逾時值啟用/停用 SO_TIMEOUT，以毫秒為單位。
public void bind(SocketAddress host, int backlog) 將 ServerSocket 綁定到特定位址（IP 位址和連接埠號碼）。
#序號方法描述
1public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException.
建立一個流套接字並將其連接到指定主機上的指定連接埠號碼。
2public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException
建立一個流套接字並將其連接到指定 IP 位址的指定連接埠號碼。
3public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
# 建立一個套接字並將其連接到指定遠端主機上的指定遠端連接埠。
4public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException.
建立一個套接字並將其連接到指定遠端位址上的指定遠端連接埠。
5public Socket()
# 透過系統預設類型的 SocketImpl 建立未連接套接字
#

當Socket構造方法返回，並沒有簡單的實例化了一個Socket對象，它實際上會嘗試連接到指定的伺服器和連接埠。

下面列出了一些感興趣的方法，注意客戶端和伺服器端都有一個Socket對象，所以無論客戶端還是服務端都能夠呼叫這些方法。

序號#方法描述
1public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException
將此套接字連接到伺服器，並指定一個逾時值。
2public InetAddress getInetAddress()
#  傳回套接字連接的位址。
3public int getPort()
# 傳回此套接字連接到的遠端連接埠。
4public int getLocalPort()
傳回此套接字綁定到的本機連接埠。
5public SocketAddress getRemoteSocketAddress()
傳回此套接字連接的端點的位址，如果未連線則傳回 null。
6public InputStream getInputStream() throws IOException
傳回此套接字的輸入流。
7public OutputStream getOutputStream() throws IOException
傳回此套接字的輸出流。
8public void close() throws IOException
關閉此套接字。

InetAddress 類別的方法

這個類別表示互聯網協定(IP)位址。以下列出了Socket程式設計時比較有用的方法：

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#序號##方法描述
static InetAddress getByAddress(byte[] addr) 在給定原始 IP 位址的情況下，傳回 InetAddress 物件。
static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) 根據提供的主機名稱和 IP 位址建立 InetAddress。
static InetAddress getByName(String host)# 在給定主機名稱的情況下確定主機的 IP 位址。
String getHostAddress()  傳回 IP 位址字串（以文字表現形式）。
String getHostName()   取得此 IP 位址的主機名稱。
static InetAddress getLocalHost()# 返回本機。
String toString()# 將此 IP 位址轉換為 String。
Socket 用戶端實例

如下的GreetingClient 是一個客戶端程序，該程序透過socket連接到伺服器並發送請求，然後等待一個響應。 

// 文件名 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();
      }
   }
}

Socket 服務端實例

如下的GreetingServer 程式是一個伺服器端應用程序，使用Socket來監聽一個指定的連接埠。 

// 文件名 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();
      }
   }
}

編譯以上 java 程式碼，並執行以下指令來啟動服務，使用連接埠號碼為 6066：

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...
像下面一樣開啟客戶端：
$ 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!

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