Java 网络编程
网络编程是指编写运行在多个设备(计算机)的程序,这些设备都通过网络连接起来。
java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口,它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口,来专注于解决问题,而不用关注通信细节。
java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持:
TCP:TCP 是传输控制协议的缩写,它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议,被称 TCP / IP。
UDP:UDP 是用户数据报协议的缩写,一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。
本教程主要讲解以下两个主题。
Socket 编程:这是使用最广泛的网络概念,它已被解释地非常详细。
URL 处理:这部分会在另外的篇幅里讲,点击这里更详细地了解在 Java 语言中的 URL 处理。
Socket 编程
套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字,并尝试连接服务器的套接字。
当连接建立时,服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。
java.net.Socket 类代表一个套接字,并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端,并与他们建立连接的机制。
以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现:
服务器实例化一个 ServerSocket 对象,表示通过服务器上的端口通信。
服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法,该方法将一直等待,直到客户端连接到服务器上给定的端口。
服务器正在等待时,一个客户端实例化一个 Socket 对象,指定服务器名称和端口号来请求连接。
Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立,则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
在服务器端,accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用,该 socket 连接到客户端的 socket。
连接建立后,通过使用 I/O 流在进行通信,每一个socket都有一个输出流和一个输入流,客户端的输出流连接到服务器端的输入流,而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。
TCP 是一个双向的通信协议,因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。
ServerSocket 类的方法
服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。
ServerSocket 类有四个构造方法:
序号 | 方法描述 |
1 |
public ServerSocket(int port) throws IOException 创建绑定到特定端口的服务器套接字。 |
2 |
public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。 |
3 |
public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。 |
4 |
public ServerSocket() throws IOException 创建非绑定服务器套接字。 |
创建非绑定服务器套接字。 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常,就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口,并且侦听客户端请求。
这里有一些 ServerSocket 类的常用方法:
序号 | 方法描述 |
1 |
public int getLocalPort() 返回此套接字在其上侦听的端口。 |
2 |
public Socket accept() throws IOException 侦听并接受到此套接字的连接。 |
3 |
public void setSoTimeout(int timeout) 通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT,以毫秒为单位。 |
4 |
public void bind(SocketAddress host, int backlog) 将 ServerSocket 绑定到特定地址(IP 地址和端口号)。 |
Socket 类的方法
java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ,而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。
Socket 类有五个构造方法.
序号 | 方法描述 |
1 |
public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。 |
2 |
public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。 |
3 |
public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。 |
4 |
public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。 |
5 |
public Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字 |
当 Socket 构造方法返回,并没有简单的实例化了一个 Socket 对象,它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。
下面列出了一些感兴趣的方法,注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象,所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。
序号 | 方法描述 |
1 |
public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException 将此套接字连接到服务器,并指定一个超时值。 |
2 |
public InetAddress getInetAddress() 返回套接字连接的地址。 |
3 |
public int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。 |
4 |
public int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。 |
5 |
public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址,如果未连接则返回 null。 |
6 |
public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。 |
7 |
public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。 |
8 |
public void close() throws IOException 关闭此套接字。 |
InetAddress 类的方法
这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法:
序号 | 方法描述 |
1 |
static InetAddress getByAddress(byte[] addr) 在给定原始 IP 地址的情况下,返回 InetAddress 对象。 |
2 |
static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) 根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。 |
3 |
static InetAddress getByName(String host) 在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。 |
4 |
String getHostAddress() 返回 IP 地址字符串(以文本表现形式)。 |
5 |
String getHostName() 获取此 IP 地址的主机名。 |
6 |
static InetAddress getLocalHost() 返回本地主机。 |
7 |
String toString() 将此 IP 地址转换为 String。 |
Socket 客户端实例
如下的 GreetingClient 是一个客户端程序,该程序通过 socket 连接到服务器并发送一个请求,然后等待一个响应。
GreetingClient.java 文件代码:
Socket 服务端实例
如下的GreetingServer 程序是一个服务器端应用程序,使用 Socket 来监听一个指定的端口。
GreetingServer.java 文件代码:
编译以上两个 java 文件代码,并执行以下命令来启动服务,使用端口号为 6066:
$ javac GreetingServer.java $ java GreetingServer 6066 等待远程连接,端口号为:6066...
新开一个命令窗口,执行以上命令来开启客户端:
$ javac GreetingClient.java $ java GreetingClient localhost 6066 连接到主机:localhost ,端口号:6066 远程主机地址:localhost/127.0.0.1:6066 服务器响应: 谢谢连接我:/127.0.0.1:6066 Goodbye!
JeoSaber
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Socket的概念:上面已经解释了,不在复述。
同步和异步:同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的,同步指的是用户进程触发IO 操作并等待或者轮询的去查看IO 操作是否就绪,而异步是指用户进程触发IO 操作以后便开始做自己的事情,而当IO 操作已经完成的时候会得到IO 完成的通知。
以银行取款为例:
同步 : 自己亲自出马持银行卡到银行取钱(使用同步 IO 时,Java 自己处理IO 读写);
异步 : 委托一小弟拿银行卡到银行取钱,然后给你(使用异步IO 时,Java 将 IO 读写委托给OS 处理,需要将数据缓冲区地址和大小传给OS(银行卡和密码),OS 需要支持异步IO操作API);
阻塞和非阻塞:阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候,根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是一种读取或者写入操作方法的实现方式,阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或者写入方法会立即返回一个状态值。
以银行取款为例:
阻塞 : ATM排队取款,你只能等待(使用阻塞IO时,Java调用会一直阻塞到读写完成才返回);
非阻塞 : 柜台取款,取个号,然后坐在椅子上做其它事,等号广播会通知你办理,没到号你就不能去,你可以不断问大堂经理排到了没有,大堂经理如果说还没到你就不能去(使用非阻塞IO时,如果不能读写Java调用会马上返回,当IO事件分发器通知可读写时再继续进行读写,不断循环直到读写完成)
1.BIO 编程
Blocking IO: 同步阻塞的编程方式。
BIO编程方式通常是在JDK1.4版本之前常用的编程方式。编程实现过程为:首先在服务端启动一个ServerSocket来监听网络请求,客户端启动Socket发起网络请求,默认情况下ServerSocket回建立一个线程来处理此请求,如果服务端没有线程可用,客户端则会阻塞等待或遭到拒绝。
且建立好的连接,在通讯过程中,是同步的。在并发处理效率上比较低。大致结构如下:
同步并阻塞,服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,当然可以通过线程池机制改善。
BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序直观简单易理解。
使用线程池机制改善后的BIO模型图如下:
2.NIO 编程:Unblocking IO(New IO): 同步非阻塞的编程方式。
NIO本身是基于事件驱动思想来完成的,其主要想解决的是BIO的大并发问题,NIO基于Reactor,当socket有流可读或可写入socket时,操作系统会相应的通知引用程序进行处理,应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。也就是说,这个时候,已经不是一个连接就要对应一个处理线程了,而是有效的请求,对应一个线程,当连接没有数据时,是没有工作线程来处理的。
NIO的最重要的地方是当一个连接创建后,不需要对应一个线程,这个连接会被注册到多路复用器上面,所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定,当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候,发现连接上有请求的话,才开启一个线程进行处理,也就是一个请求一个线程模式。
在NIO的处理方式中,当一个请求来的话,开启线程进行处理,可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等),其实这个线程就被阻塞了,当并发上来的话,还是会有BIO一样的问题
3.AIO编程:Asynchronous IO: 异步非阻塞的编程方式。
与NIO不同,当进行读写操作时,只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的,对于读操作而言,当有流可读取时,操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区,并通知应用程序;对于写操作而言,当操作系统将write方法传递的流写入完毕时,操作系统主动通知应用程序。即可以理解为,read/write方法都是异步的,完成后会主动调用回调函数。在JDK1.7中,这部分内容被称作NIO.2,主要在java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道:AsynchronousSocketChannel、AsynchronousServerSocketChannel、AsynchronousFileChannel、AsynchronousDatagramChannel
bio示例
server示例:
2.client示例:
以上只是简单示例,仅供参考!
JeoSaber
lov***ming09@163.com
一生默默守护你
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DatagramSocket(UDP)简单示例
服务端:
客户端:
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