Java網路編程總結__演算法

Java網路編程總結

 

本文主要對java網路編程Socket（通訊端）介面的使用做詳細的介紹和使用。

 

一．網路編程中兩個主要的問題

 

一個是如何準確的定位網路上一台或多台主機，另一個就是找到主機後如何可靠高效的進行資料轉送。

在TCP/IP協議中IP層主要負責網路主機的定位，資料轉送的路由，由IP地址可以唯一地確定Internet上的一台主機。

而TCP層則提供面嚮應用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的資料轉送機制，

這是網路編程的主要對象，一般不需要關心IP層是如何處理資料的。

目前較為流行的網路編程模型是客戶機/伺服器（C/S）結構。

即通訊雙方一方作為伺服器等待客戶提出請求並予以響應。

客戶則在需要服務時向伺服器提 出申請。

伺服器一般作為守護進程始終運行，監聽網路連接埠，一旦有客戶請求，

就會啟動一個服務進程來響應該客戶，同時自己繼續監聽服務連接埠，使後來的客戶也 能及時得到服務。

 

二.兩類傳輸協議：TCP；UDP

TCP是Tranfer Control Protocol的 簡稱，是一種連線導向的保證可靠傳輸的協議。

通過TCP協議傳輸，得到的是一個順序的無差錯的資料流。

發送方和接收方的成對的兩個socket之間必須建 立串連，

以便在TCP協議的基礎上進行通訊，當一個socket（通常都是server socket）等待建立串連時，

另一個socket可以要求進行串連，一旦這兩個socket串連起來，

它們就可以進行雙向資料轉送，雙方都可以進行發送 或接收操作。

UDP是User Datagram Protocol的簡稱，是一種不需連線的協議，

每個資料報都是一個獨立的資訊，包括完整的源地址或目的地址，它在網路上以任何可能的路徑傳往目的地，

因此能否到達目的地，到達目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的。

 

(一)比較：UDP和TCP

UDP：

1.每個資料報中都給出了完整的地址資訊，因此無需要建立發送方和接收方的串連。

2.UDP傳輸資料時是有大小限制的，每個被傳輸的資料報必須限定在64KB之內。

3.UDP是一個不可靠的協議，發送方所發送的資料報並不一定以相同的次序到達接收方

TCP：

1.連線導向的協議，在socket之間進行資料轉送之前必然要建立串連，所以在TCP中需要連線時間。

 2.TCP傳輸資料大小限制，一旦串連建立起來，雙方的socket就可以按統一的格式傳輸大的資料。

 3.TCP是一個可靠的協議，它確保接收方完全正確地擷取發送方所發送的全部資料。

 

（二）應用：

1.TCP在網路通訊上有極強的生命力，

例如遠端連線（Telnet）和檔案傳輸（FTP）都需要不定長度的資料被可靠地傳輸。

但是可靠的傳輸是要付出代價的，對資料內容正確性的檢驗必然佔用電腦的處理時間和網路的頻寬，

因此TCP傳輸的效率不如UDP高。

2.UDP操作簡單，而且僅需要較少的監護，

因此通常用於區域網路高可靠性的分散系統中client/server應用程式。

例如視頻會議系統，並不要求音頻視頻資料絕對的正確，只要保證連貫性就可以了，

這種情況下顯然使用UDP會更合理一些。

 

 

三．基於Socket的java網路編程

（一）Socket的定義

網路上的兩個程式通過一個雙向的通訊串連實現資料的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。

Socket通常用來實現客戶方和服務方的串連。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程介面，

一個Socket由一個IP地址和一個連接埠號碼唯一確定。

但是，Socket所支援的協議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯絡的。

在Java環境下，Socket編程主要是指基於TCP/IP協議的網路編程。

 

（二）Socket通訊的過程

Server端Listen(監聽)某個連接埠是否有串連請求，Client端向Server 端發出Connect(串連)請求，

Server端向Client端發回Accept（接受）訊息。一個串連就建立起來了。

Server端和Client 端都可以通過Send，Write（socket.getOutputStream/socket.getInputStream）等方法與對方通訊。

對於一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結構，其工作過程包含以下四個基本的步驟：

1. 建立Socket；

2. 開啟串連到Socket的輸入/出流；

3. 按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作；

4.關閉Socket.（在實際應用中，並未使用到顯示的close，雖然很多文章都推薦如此，不過在我的程式中，可能因為程式本身比較簡單，要求不高，所以並未造成什麼影響。）

 

(三)建立Socket

建立Socket在java包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，

分別用來表示雙向串連的用戶端和服務端。這是兩個封裝得非常好的類，使用很方便。其構造方法如下：

用戶端類的構造器：

　　Socket(InetAddress address, int port);

　　Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);

　　Socket(String host, int prot); //主要使用

　　Socket(String host, int prot, boolean stream);

　　Socket(SocketImpl impl)

　　Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

　　Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)

　　

服務端類的構造器：

ServerSocket(int port);  //主要使用

　　ServerSocket(int port, int backlog);

　　ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)

其中address、host和port分別是雙向串連中另一方的IP地址、主機名稱和端 口號，stream指明socket是流socket還是資料報socket，localPort表示本地主機的連接埠號碼，localAddr和 bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既可以用來建立serverSocket又可 以用來建立Socket。count則表示服務端所能支援的最大串連數。例如：

Socket client = new Socket("127.0.01", 5555);  //127.0.01任何時候都代表本機IP地址，5555是自訂的連接埠號碼

　　ServerSocket server = new ServerSocket(5555);

　　注意，在選擇連接埠時，必須小心。每一個連接埠提供一種特定的服務，

只有給出正確的連接埠，才 能獲得相應的服務。

0~1023的連接埠號碼為系統所保留，例如http服務的連接埠號碼為80,telnet服務的連接埠號碼為21,ftp服務的連接埠號碼為23, 

所以我們在選擇連接埠號碼時，最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突。

　　在建立socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程式中必須對之作出處理。所以在建立Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

 

 

（四）簡單的Client/Server程式

程式實現的功能：

（1）伺服器在每一台用戶端登陸的時候：發送一條簡訊給用戶端“伺服器正在向你發送訊息。”，然後在伺服器端顯示串連上的用戶端主機地址。

（2）用戶端串連上了，會接收到一條簡訊，並且可以對伺服器一直進行傳送簡訊。

（3）伺服器可以一直接收用戶端的簡訊。

（4）這裡伺服器唯寫一句話，但是想要像用戶端那樣一直寫也是可以的，改一下就可以了。

 

1. 伺服器端程式的編寫

 

package com.xykj.server;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/**    伺服器端繼承Thread * 可以實現簡單的互動 * */public class Server extends Thread {// 定義伺服器介面ServerSocketServerSocket server = null;// 定義一個伺服器，定義連接埠public Server(int port) {try {server = new ServerSocket(port);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 發送訊息的線程@Overridepublic void run() {super.run();try {System.out.println("伺服器在啟動中...等待使用者的串連");//一直接收使用者的串連，串連之後發送一條簡訊給使用者while(true){// 建立socket介面，accept方法是一個阻塞進程,等到有使用者串連才往下走// 定義Socket類Socket  socket = server.accept();//通過socket對象可以獲得輸出資料流，用來寫資料OutputStream os = socket.getOutputStream();// 向用戶端發送訊息os.write("伺服器正在向你發送訊息。".getBytes());//在伺服器上顯示串連的上的電腦、System.out.println(socket.getInetAddress().getHostAddress()+"串連上了。");//通過socket對象可以獲得輸入資料流，用來讀取使用者資料InputStream is=socket.getInputStream();//讀取資料int len=0;byte[] buf=new byte[1024];while ((len=is.read(buf))!=-1) {//直接把獲得的資料列印出來System.out.println("伺服器接收到用戶端的資料："+new String(buf,0,len));}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}

 

伺服器的啟動：

 

 package com.xykj.server;public class ServerTest {public static void main(String[] args) {//這裡伺服器只需要定義一個連接埠號碼就可以了，程式會自動擷取IP地址//但是用戶端需要串連這個伺服器時，需要知道它的IP地址還有連接埠號碼//ip地址的查看方法：進入cmd視窗，輸入ipconfig/all可以看到 Server server=new Server(6768); server.start();}}

 

 

 

2. 用戶端程式的編寫

 

package com.xykj.client;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.net.Socket;import java.net.UnknownHostException;import java.util.Scanner;public class Client extends Thread {//定義一個Socket對象Socket socket = null;public Client(String host, int port) {try {//需要伺服器的IP地址和連接埠號碼，才能獲得正確的Socket對象socket = new Socket(host, port);} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {//用戶端一串連就可以寫資料個伺服器了new sendMessThread().start();super.run();try {// 讀Sock裡面的資料InputStream s = socket.getInputStream();byte[] buf = new byte[1024];int len = 0;while ((len = s.read(buf)) != -1) {System.out.println(new String(buf, 0, len));}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}//往Socket裡面寫資料，需要新開一個線程class sendMessThread extends Thread{@Overridepublic void run() {super.run();//寫操作Scanner scanner=null;OutputStream os= null;try {scanner=new Scanner(System.in);os= socket.getOutputStream();String in="";do {in=scanner.next();os.write(("用戶端:"+in).getBytes());os.flush();} while (!in.equals("bye"));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} scanner.close();try {os.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}

啟動用戶端：

 

package com.xykj.client2;public class ClientTest2 {public static void main(String[] args) {//需要伺服器的正確的IP地址和連接埠號碼 Client2 client2=new Client2("192.168.18.128", 6768); client2.start();}}

 

 

 

程式中要先開啟服務端，在開啟用戶端，否則會報錯。

還有就是一般的電腦是動態IP地址，每天都在變化。要注意修改。

　　

 

 

（五）支援多客戶的client/server程式

在實際應用 中，往往是在伺服器上運行一個永久的程式，它可以接收來自其他多個用戶端的請求，

提供相應的服務。伺服器總是在指定的連接埠上監聽是否有客戶請求，一旦監聽到客戶請求，

伺服器就會啟動一個專門的服務線程來響 應該客戶的請求，

而伺服器本身在啟動完線程之後馬上又進入監聽狀態，等待下一個客戶的到來。

並且每一個使用者對應一個固定的線程來接收資訊。

伺服器還會把接收到的資訊發送給所有串連上的用戶端。

 

樣本：多人聊天室的實現：

1.伺服器端的設計

 

package com.xykj.server2;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.OutputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * 可以實現和用戶端的相互發送訊息的互動 可以是多台電腦 * */public class Server2 extends Thread {// 用來存放串連上的使用者的socket對象的值List list = new ArrayList<>();// 定義伺服器介面ServerSocketServerSocket server = null;// 定義一個伺服器，定義連接埠public Server2(int port) {try {server = new ServerSocket(port);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 發送訊息的線程@Overridepublic void run() {super.run();try {while (true) {// 建立socket介面，accept方法是一個阻塞進程,等到有使用者串連才往下走// 定義Socket類Socket socket = server.accept();// 在伺服器顯示串連的上的電腦、String message = socket.getInetAddress().getHostAddress().toString();System.out.println(message+"串連上了");// 向使用者發送訊息SendMessageToAllUser(message);// 把串連上的使用者添加到集合；裡面去list.add(socket);//開始新串連使用者的線程，用於該可以一直讀取資料new readerThread(socket).start();;}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 把訊息發送給每一個使用者，涉及到寫的操作OutStreamprivate void SendMessageToAllUser(String message) {// 拿到每一個使用者的socket對象，對其進行寫入資料for (Socket socket : list) {// 判讀之前儲存的串連是否還在if (socket != null && socket.isConnected()) {try {OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write(message.getBytes());os.flush();// 重新整理一下寫入的資料，很有必要} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}// 讀取用戶端的資訊class readerThread extends Thread {InputStream is = null;// 這裡傳入一個socket對象，因為每一個使用者都要用一個不同的線程存放的socket對象來進行一直讀取資料public readerThread(Socket socket) {try {// 擷取輸入資料流is = socket.getInputStream();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {super.run();try {int len = 0;byte[] buf = new byte[1024];while ((len = is.read(buf)) != -1) {// 把讀取到的資料發送給其他使用者SendMessageToAllUser(new String(buf, 0, len));}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}

 

啟動服務端：

package com.xykj.server;public class ServerTest {public static void main(String[] args) {//這裡伺服器只需要定義一個連接埠號碼就可以了，IP地址程式會自動擷取//但是用戶端需要串連這個伺服器時，需要知道它的IP地址還有連接埠號碼//ip地址的查看方法：進入cmd視窗，輸入ipconfig/all可以看到 Server2 server=new Server2(6768); server.start();} }

 

 

2.用戶端的設計

這個和上個例子的用戶端的設計基本一樣，就不再重複粘貼了。

 

 

總結：上面主要是對java網路編程Socket介面類的使用，

還有TCP協議的應用（Socket的主要應用），

當然TCP還有一個比較主要的應用就是檔案傳輸，

其中涉及到比較複雜的字串處理（接收前和接收後都要），

有興趣的可以自己設計一下。