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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 基于TCP協議的網路編程

4.2.1 TCP 協議基礎

4.2.2 創建服務端套接字

4.2.3 創建客戶端套接字

4.2.4 基于TCP的通信

4.2.5 實踐練習

4.3 使用 Socket 類進行單向通信

4.3.1 服務端讀取資料

4.3.2 客戶端發送資料

4.3.3 實踐練習

4.4 使用Socket類進行雙向通信

4.4.1 雙向通信服務端

4.4.2 雙向通信客戶端

4.4.3 TCP雙向通信

4.4.4 實踐練習

總結：

4.1 網路基礎知識

• 計算機網路，就是將分布在不同地域的計算機與專門的外部設備用通信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編程實作，Java中也針對網路通信提供了大量的API，使開發網路通信應用變的更為簡單

4.1.1 IP地址

• IP 地址用于唯一標識網路中的一臺計算機，也可以是一臺列印機或一部智能手機等終端設備，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 的十進制整數，如局域網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可以查看本機ip地址

4.1.2 埠號

提問：

• 通過IP地址可以定位到具體設備，電腦中有很多軟體，如何能把資訊資料發送給指定軟體接收
• 埠是一個 16 位的整數，用于表示資料交給哪個計算機中的通信程式（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個埠已被系統占用，使用時盡量避開常用埠

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 實體

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 實體的 IP 地址字串
String ipStr = ip.getHostAddress();
System.out.println(" 新浪網地址 :" + ipStr);
// 獲取該 InetAddress 實體的主機名稱
String hostName = ip.getHostName();
System.out.println(" 新浪主機名 :" + hostName);

4.1.5 實踐練習

4.2 基于TCP協議的網路編程

4.2.1 TCP 協議基礎

• TCP/IP 通信協議是一種可靠的網路協議，它在通信的兩端各建立一個 Socket，從而在通信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信
• Java 對基于 TCP 協議的網路通信提供了良好的封裝，Java 使用 Socket 來代表連接的通信埠，并通過 Socket 產生的 I/O 流來進行網路通信
• 使用 TCP 協議撰寫網路程式，需要提供服務端程式和客戶端程式
• Java 中的 ServerSocket 類作用類似于114 查號臺總機，Socket 類可以實作普通電話和 114 查號臺的分機通話功能，整個互動程序如下圖

基于TCP協議服務端和客戶端建立連接步驟

1. 服務端程式創建 ServerSocket 物件，呼叫 accept() 方法，等待客戶端連接
2. 客戶端程式創建 Socket 物件并請求與服務端建立連接
3. 服務端接收客戶端的連接請求，并創建新的 Socket 物件與客戶端建立專線連接
4. 實作（2）和（3）步驟中建立連接的兩個 Socket 類在同一執行緒上對話
5. 服務端重新等待新的連接請求

4.2.2 創建服務端套接字

在 Java 中使用的 ServerSocket 物件用戶監聽是來自客戶端的 Socket 類連接，如果沒有連接，它將一直處于等待狀態，ServerSocket 類包含一個來自客戶端的連接請求的監聽方法

ServerSocket 類的常用方法

serverSocket實體呼叫accept方法后，就處于等待狀態

示例：使用ServerSocket創建服務端

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

4.2.3 創建客戶端套接字

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

int port Ip和埠必須和服務端保持一致

示例：使用Socket創建客戶端和服務端連接

// 創建客戶端 Socket 實體，連接指定 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，如果連接網路中其他電腦，則更改為對應IP即可
• 代碼執行程序中注意進行合理的例外處理，網路編程中可能出現的例外較多

4.2.4 基于TCP的通信

提問：

剛才實作的僅僅為兩臺設備通過TCP方式建立連接，如何進行通信？

在建立連接的基礎之上，可以通過前面學習的輸入流、輸出流進行資訊的發送和接收，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發送和接收

客戶端程式發送資料

// 創建 ServerSocket 類，用于監聽客戶端 Socket 類的請求連接
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
// 等待客戶端的連接，客戶端連接后，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 ”);	//發送資訊
writer.close();
server.close();

客戶端程式讀取資料

// 客戶端連接到本機埠號是 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();
// 為了便于讀取資料，將 in 轉換成字符流
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in);
// 用 BufferdReader 包裝轉換后的字符流
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 類進行單向通信

使用 Socket 類套接字，可以進行服務端和客戶端的通信，Socket 類通信主要分為單向通信和多向通信兩種

單向通信就是指只有一端發送資料，另一端只需接收資料，比如，服務端發送資料到客戶端，客戶端不需要發送資料到服務端

4.3.1 服務端讀取資料

示例代碼：

// 創建服務端套接字，監聽 8888 介面
server = new ServerSocket(8888);
// 保存客戶端發送的資料
String data = null;
while (true) {
// 等待客戶端的連接，回傳用來通信的 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符流
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)接收多個客戶端連接

第二個while回圈讀取客戶端發送的內容

4.3.2 客戶端發送資料

示例代碼：

// 創建客戶端套接字，并連接到服務端
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 8888);
// 創建一個可以向服務端發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();

這里可以使用回圈模擬不停發送資料

4.3.3 實踐練習

4.4 使用Socket類進行雙向通信

雙向通信是指服務端和客戶端都可以發送和接收資料，但是如果服務端需要同時接收多個客戶端并且通信，復雜度將大大提高

ECHO 程式是網路編程通信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”并將資訊發回給客戶端

4.4.1 雙向通信服務端

服務端關鍵代碼

// 創建服務端套接字物件
ServerSocket this.server = new ServerSocket(8888);
// 是否關閉服務端連接
boolean flag = true;
while (flag) {
     // 獲取連接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);
    // 保存客戶端發送的資料
    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;	//退出的標志
	//關閉相關資源 并且 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();
	// 重繪輸出緩沖區
	writer.flush();      
    }
}

回圈讀取客戶端發送資料，直到發送的是bye退出

4.4.2 雙向通信客戶端

客戶端關鍵代碼

// 創建服務端套接字物件
ServerSocket this.server = new ServerSocket(8888);
// 是否關閉服務端連接
boolean flag = true;
while (flag) {
     // 獲取連接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);
    // 保存客戶端發送的資料
    String data = null;
}
else {
// readLine() 方法必須讀取到行分隔符才回傳讀取，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();
// 清慷訓沖區
writer.flush();
// 讀取服務端回傳的資料
System.out.println(" 服務器回應的資料 --->\t " + reader.readLine());
}

4.4.3 TCP雙向通信

說明：

• 以上雙向通信案例僅僅是客戶端發送一條，然后馬上接收（讀取）服務端回傳的資料，并不能實作自由聊天，隨意發送和接收
• 這是因為讀取和發送資料時受制于主執行緒約束，因為讀取資料時采用回圈讀取，會占據主執行緒資源，此時無法進行其他操作
• 如果想實作自由雙向通信功能，需要在服務端和客戶端分別結合多執行緒功能進行實作，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設備，通過埠可以和設備上的不同軟體進行通信，Java中使用InetAddress類代表IP地址

基于TCP通信服務端步驟為

1. 服務端創建ServerSocket，并指明通信埠號
2. 呼叫serverSocket物件accept方法，等待客戶端連接，回傳Socket物件
3. 從Socket物件中獲取輸入流、輸出流進行讀取或發送資料
4. 關閉相關資源

基于TCP通信客戶端步驟為

1. 創建Socket物件，指明連接的服務端IP和埠
2. 從Socket物件中獲取輸入流、輸出流進行讀取或發送資料
3. 關閉相關資源