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本章目錄

4.1 網路基礎知識

4.1.1 IP地址

4.1.2 埠號

4.1.3 使用InetAddress

4.1.4 InetAddress 類的具體操作

4.1.5 實踐練習

4.2 基於TCP協議的網路程式設計

4.2.1 TCP 協議基礎

4.2.2 建立服務端套接字

4.2.3 建立客戶端套接字

4.2.4 基於TCP的通訊

4.2.5 實踐練習

4.3 使用 Socket 類進行單向通訊

4.3.1 服務端讀取資料

4.3.2 客戶端傳送資料

4.3.3 實踐練習

4.4 使用Socket類進行雙向通訊

4.4.1 雙向通訊服務端

4.4.2 雙向通訊客戶端

4.4.3 TCP雙向通訊

4.4.4 實踐練習

總結：

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4.1 網路基礎知識

• 計算機網路，就是將分佈在不同地域的計算機與專門的外部裝置用通訊線路互聯成一個規模龐大、功能強大的網路系統，從而使眾多計算機可以方便地互相傳遞資訊，共享資料資訊資源
• 網路中不可避免的就是資訊互動，而多臺計算機終端之間的資訊互動就必須依靠網路程式設計實現，Java中也針對網路通訊提供了大量的API，使開發網路通訊應用變的更為簡單

4.1.1 IP地址

• IP 地址用於唯一標識網路中的一臺計算機，也可以是一臺印表機或一部智慧手機等終端裝置，網路中每臺計算機都有獨立唯一IP地址
• IP 地址是一個 32 位整數，通常將其分為 4 個 8 位的二進位制資料，每位之間用圓點隔開，每個8 位整數可以轉換成一個 0 ～ 255 的十進位制整數，如區域網IP通常為192.168.0.XXX

技巧：在windows作業系統的命令提示符下，輸入ipconfig可以檢視本機ip地址

4.1.2 埠號

提問：

• 通過IP地址可以定位到具體裝置，電腦中有很多軟體，如何能把資訊資料傳送給指定軟體接收
• 埠是一個 16 位的整數，用於表示資料交給哪個計算機中的通訊程式（微信、QQ 或 LOL 等）處理，不同的應用程式處理不同埠上的資料，同一臺計算機上不能有兩個程式使用同一個埠，埠號為 0 ～ 65535

提醒：

前1024個埠已被系統佔用，使用時儘量避開常用埠

4.1.3 使用InetAddress

Java 提供了 InetAddress 類代表 IP 地址，InetAddress 下還有兩個子類 Inet4Address 和 Inet6Address，它們分別代表 IPv4 和 IPv6 地址 InetAddress 類沒有提供構造方法，而是提供了靜態方法來獲取 InetAddress 例項

方法名	作用
public static InetAddress getName(String host)	根據主機獲取對應的 InetAddress 物件
Public static InetAddress getLocalHost()	獲取本機 IP 地址所對應的 InetAddress 例項
public String getHostAddress()	返回該 InetAddress 例項所對應的 IP 地址字串
public String getHostName()	返回此 IP 地址的主機名稱

4.1.4 InetAddress 類的具體操作

示例：根據主機名獲取對應的 InetAddress 物件

// 根據主機名獲取對應的 InetAddress 物件
InetAddress ip = InetAddress.getByName("www.sina.com");
// 獲取該 InetAddress 例項的 IP 地址字串
String ipStr = ip.getHostAddress();
System.out.println(" 新浪網地址 :" + ipStr);
// 獲取該 InetAddress 例項的主機名稱
String hostName = ip.getHostName();
System.out.println(" 新浪主機名 :" + hostName);

4.1.5 實踐練習

 

4.2 基於TCP協議的網路程式設計

4.2.1 TCP 協議基礎

• TCP/IP 通訊協議是一種可靠的網路協議，它在通訊的兩端各建立一個 Socket，從而在通訊的兩端之間形成網路的虛擬鏈路，兩端的程式就可以通過虛擬鏈路進行通訊
• Java 對基於 TCP 協議的網路通訊提供了良好的封裝，Java 使用 Socket 來代表連線的通訊埠，並通過 Socket 產生的 I/O 流來進行網路通訊
• 使用 TCP 協議編寫網路程式，需要提供服務端程式和客戶端程式
• Java 中的 ServerSocket 類作用類似於114 查號臺總機，Socket 類可以實現普通電話和 114 查號臺的分機通話功能，整個互動過程如下圖

基於TCP協議服務端和客戶端建立連線步驟

1. 服務端程式建立 ServerSocket 物件，呼叫 accept() 方法，等待客戶端連線
2. 客戶端程式建立 Socket 物件並請求與服務端建立連線
3. 服務端接收客戶端的連線請求，並建立新的 Socket 物件與客戶端建立專線連線
4. 實現（2）和（3）步驟中建立連線的兩個 Socket 類在同一執行緒上對話
5. 服務端重新等待新的連線請求

4.2.2 建立服務端套接字

在 Java 中使用的 ServerSocket 物件使用者監聽是來自客戶端的 Socket 類連線，如果沒有連線，它將一直處於等待狀態，ServerSocket 類包含一個來自客戶端的連線請求的監聽方法

ServerSocket 類的常用方法

方法名	作用
public ServerSocket(int port)	構造方法，用指定埠建立 ServerSocket 例項
public Socket accept()	接收客戶端的 Socket 類請求
public InetAddress getInetAddress()	返回服務端主機 IP 地址
public void close()	關閉 ServerSocket 物件

serverSocket例項呼叫accept方法後，就處於等待狀態

示例：使用ServerSocket建立服務端

// 建立 ServerScoket 例項，並在 8888 埠監聽客戶端
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
// 呼叫 accep() 方法等待客戶端的連線，該方法是一個阻塞方法，如果沒有客戶端請求服務，該方法下的程式碼將不會執行
System.out.println(" 服務端套接字已經建立，開始等待來自客戶端的連線 ");
Socket socket = server.accept();
System.out.println(" 有客戶端已成功連線 ");

4.2.3 建立客戶端套接字

客戶端使用 Socket 類連線到指定的服務端，每個 Socket 物件代表一個客戶端，Socket 類的常用方法如下表

方法名	作用
public Socket(String host,int port)	public Socket(String host,int port) 構造方法，建立連線到指定遠端主機和埠的 Socket 例項
public InputStream getInputStream()	返回該 Socket 物件對應的輸入流
public OutputStream getOutputStream()	返回該 Socket 物件對應的輸出流
public void close()	關閉 ServerSocket 物件

int port  Ip和埠必須和服務端保持一致

示例：使用Socket建立客戶端和服務端連線

// 建立客戶端 Socket 例項，連線指定 IP 地址和指定埠的服務端
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

說明：

• 示例中的127.0.0.1代表本機，也可以使用本地IP地址，如果連線網路中其他電腦，則更改為對應IP即可
• 程式碼執行過程中注意進行合理的異常處理，網路程式設計中可能出現的異常較多

4.2.4 基於TCP的通訊

提問：

剛才實現的僅僅為兩臺裝置通過TCP方式建立連線，如何進行通訊？

在建立連線的基礎之上，可以通過前面學習的輸入流、輸出流進行資訊的傳送和接收，從Socket中可以獲取輸入流、輸出流

示例：使用輸入輸出流進行資訊傳送和接收

客戶端程式傳送資料

// 建立 ServerSocket 類，用於監聽客戶端 Socket 類的請求連線
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
// 等待客戶端的連線，客戶端連線後，與客戶端對應一個 Socket 管道
Socket socket = server.accept();
// 獲得 Socket 管道輸入的資料的位元組輸入流
OutputStream out = socket.getOutputStream();
// 使用列印流包裝位元組輸出流，更為方便輸出內容
PrintWriter writer = new PrintWriter(out);
writer.println(“ 歡迎您的訪問 ”);	//傳送資訊
writer.close();
server.close();

客戶端程式讀取資料

// 客戶端連線到本機埠號是 8888 的服務端
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
// 獲得 Socket 管道中獲取讀取資料的位元組輸入流
InputStream in = (InputStream) socket.getInputStream();
// 為了便於讀取資料，將 in 轉換成字元流
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in);
// 用 BufferdReader 包裝轉換後的字元流
BufferedReader reader = new BufferedReader(isr);
String data = reader.readLine();
System.out.println(" 服務端對客戶端說 :" + data);
reader.close();
socket.close();

4.2.5 實踐練習

 

4.3 使用 Socket 類進行單向通訊

使用 Socket 類套接字，可以進行服務端和客戶端的通訊。Socket 類通訊主要分為單向通訊和多向通訊兩種

單向通訊就是指只有一端傳送資料，另一端只需接收資料，比如，服務端傳送資料到客戶端，客戶端不需要傳送資料到服務端

4.3.1 服務端讀取資料

示例程式碼：

// 建立服務端套接字，監聽 8888 介面
server = new ServerSocket(8888);
// 儲存客戶端傳送的資料
String data = null;
while (true) {
// 等待客戶端的連線，返回用來通訊的 Socket 物件
Socket socket = server.accept();
// 獲取客戶端的輸入流，用來讀取傳來的資料
InputStream in = socket.getInputStream();
// 將位元組流包裝成字元流
reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
// 判斷輸入流內的資料是否讀取完畢
while ((data = reader.readLine()) != null) {
	System.out.println(" 來自客戶端的問候：" + data);}
break;

使用while(true)接收多個客戶端連線

第二個while迴圈讀取客戶端傳送的內容

4.3.2 客戶端傳送資料

示例程式碼：

// 建立客戶端套接字，並連線到服務端
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 8888);
// 建立一個可以向服務端傳送資料的輸出流物件
PrintWriter writer = new PrintWriter(client.getOutputStream());
// 向服務端寫入資料
writer.write("hello,server!");   
// 清空輸出流快取
writer.flush();

這裡可以使用迴圈模擬不停傳送資料

4.3.3 實踐練習

 

4.4 使用Socket類進行雙向通訊

雙向通訊是指服務端和客戶端都可以傳送和接收資料，但是如果服務端需要同時接收多個客戶端並且通訊，複雜度將大大提高

ECHO 程式是網路程式設計通訊互動的一個經典案例，稱為回應程式，即客戶端輸入哪些內容，服務端會在這些內容前加上“ECHO”並將資訊發回給客戶端

4.4.1 雙向通訊服務端

服務端關鍵程式碼

// 建立服務端套接字物件
ServerSocket this.server = new ServerSocket(8888);
// 是否關閉服務端連線
boolean flag = true;
while (flag) {
     // 獲取連線的客戶端套接字物件
    socket = server.accept();
    // 獲取 socket 相關的輸入流和輸出流
    BufferedReader reader = getReader(socket);
    BufferedWriter writer = getWriter(socket);
    // 儲存客戶端傳送的資料
    String data = null;
}
while ((data = reader.readLine()) != null) {
// 當獲取的資訊是“bye”時，關閉流
    if ("bye".equals(data)) {
	flag = false;	//退出的標誌
	//關閉相關資源 並且 break;} 
	else {System.out.println(" 來自客戶端的資料：" + data);
	// 回寫給客戶端的資料
	writer.write("echo:" + data);
	// 插入一個行分隔符，readLine() 方法用來判定字串有沒有結束
	writer.newLine();
	// 重新整理輸出緩衝區
	writer.flush();      
    }
}

迴圈讀取客戶端傳送資料，直到傳送的是bye退出

4.4.2 雙向通訊客戶端

客戶端關鍵程式碼

// 建立服務端套接字物件
ServerSocket this.server = new ServerSocket(8888);
// 是否關閉服務端連線
boolean flag = true;
while (flag) {
     // 獲取連線的客戶端套接字物件
     socket = server.accept();
    // 獲取 socket 相關的輸入流和輸出流
    BufferedReader reader = getReader(socket);
    BufferedWriter writer = getWriter(socket);
    // 儲存客戶端傳送的資料
    String data = null;
}
else {
// readLine() 方法必須讀取到行分隔符才返回讀取。所以傳遞給輸入流的字串必須
包含行分隔符
System.out.println(" 客戶端輸出的資料 --->\t" + data);
writer.write(data);
// 插入一個行分隔符作為內容結束的標識
writer.newLine();
// 清空緩衝區
writer.flush();
// 讀取服務端返回的資料
System.out.println(" 伺服器響應的資料 --->\t " + reader.readLine());
}

4.4.3 TCP雙向通訊

說明：

• 以上雙向通訊案例僅僅是客戶端傳送一條，然後馬上接收（讀取）服務端返回的資料，並不能實現自由聊天，隨意傳送和接收
• 這是因為讀取和傳送資料時受制於主執行緒約束，因為讀取資料時採用迴圈讀取，會佔據主執行緒資源，此時無法進行其他操作
• 如果想實現自由雙向通訊功能，需要在服務端和客戶端分別結合多執行緒功能進行實現，但是難度相應增加很多

4.4.4 實踐練習

總結：

網路中通過IP地址可以定位到具體裝置，通過埠可以和裝置上的不同軟體進行通訊，Java中使用InetAddress類代表IP地址

基於TCP通訊服務端步驟為

1. 服務端建立ServerSocket，並指明通訊埠號
2. 呼叫serverSocket物件accept方法，等待客戶端連線，返回Socket物件
3. 從Socket物件中獲取輸入流、輸出流進行讀取或傳送資料
4. 關閉相關資源

基於TCP通訊客戶端步驟為

1. 建立Socket物件，指明連線的服務端IP和埠
2. 從Socket物件中獲取輸入流、輸出流進行讀取或傳送資料
3. 關閉相關資源