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@lemonguge 2015-07-02T04:25:00.000000Z 字数 8677 阅读 505

Java网络编程（一）

Socket

我写这篇文章是为了写nio做准备的，所以不会写的很深入，但是看完之后相信大家会对Java网络编程有一定的了解，网络编程所用到的类都在java.net包中。

网络模型

首先我们有必要了解两种网络模型，因为接下来所学的都将是传输层的知识。OSI（开放系统互连）七层参考模型和TCP/IP四层参考模型，其中TCP/IP模型是从OSI模型上发展而来，因此这两种协议有很大的相似度。OSI模型是在协议开发前设计的，具有通用性；TCP/IP是先有协议集然后建立模型，不适用于非TCP/IP网络。

两种协议之间的对照

OSI参考模型

接下来，来看看OSI参考模型每一层的功能：

  1. 物理层：利用传输介质为数据链路层提供物理连接。主要关心的是通过物理链路从一个节点向另一个节点传送比特流（多少伏电压代表1？多少伏电压代表0？将1、0转化为转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后再转化为1、0，也就是常说的数模转换与模数转化），物理层可能是铜线、卫星、微波或其他的通讯媒介。
  2. 数据链路层：传送的协议数据单元称为数据帧，数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。简单来说，就是主要进行MAC地址的封装与解封装，工作在这一层的设备是交换机。
  3. 网络层：传送的协议数据单元称为数据包或分组。从下层接收到的数据进行IP地址的封装与解封装，工作在这一层的设备是路由器。
  4. 传输层：传送的协议数据单元称为段或报文。定义了一些传输数据的协议和端口号，如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP相反，用于传输可靠性要求不高，数量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。
  5. 会话层：管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话，主要在用于发起会话或者接受会话请求。
  6. 表现层：主要是进行对接收的数据进行解释，将计算机能识别的东西转换成人能够识别的东西，如我们看到的图片、视频等。
  7. 应用层：主要是一些终端应用，如QQ、Chrome等应用。

对上面这七层的应用简单来说，你的朋友给你的QQ发了一张图片，首先通过各种通讯媒介（物理层），到你这边通过交换机（数据链路层）后，接着是路由器（网络层），使用UDP（传输层）的方式，对你的QQ进行会话请求，你的QQ一旦接受的会话请求（会话层，本机其他人的QQ就看不到），接着传来了一张图片（表现层），通过我们自己的QQ（应用层）将看到这张图片。

OSI参考模型的每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。

两种网络模型的比较

OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本相似，都是负责为用户提供真正的端对端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在网络互联层基础之上的，而网络互联层只提供无连接的网络服务，所以面向连接的功能完全在TCP协议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP；相反OSI参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接的服务，但传输层只提供面向连接的服务。

ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。相反，TCP/IP参考模型虽然有许多不尽人意的地方，但还是比较成功的。

网络通讯要素

IP地址

我们的设备有一个默认的IP地址：127.0.0.1（本机回环地址）和主机名：localhost。可以通过CMD的命令ping 127.0.0.1查看网卡是否有效，由于IP地址不方便记忆，所以可以使用主机名来代替，就是说可以通过ping localhost来代替IP地址。这些所说的IP地址对是对内的，对外而言，会还有一个唯一的IP地址。

java.net.InetAddress表示互联网协议 (IP) 地址，处于TPC/IP模型中的网络互连层（网际层）。由于IPv4（互联网协议第4版）的资源不够用，所以后来发展了IPv6，这两种IP都有相应的对应类。通过查看API可以发现InetAddress类并没有默认的构造函数，也就是说我们不能通过new的方式创建对象，以下是一个简单的IP展示代码：

  1. import java.net.InetAddress;
  2. import java.net.UnknownHostException;
  4. public class IPDemo {
  5.     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
  6.         easyIPShow();
  7.     }
  8.     public static void easyIPShow() throws UnknownHostException {
  9.         //获取本机回环地址，Java SE7出现的方法
  10.         InetAddress ip = InetAddress.getLoopbackAddress();
  11.         // IPv4返回127.0.0.1，IPv6返回::1
  12.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  13.         System.out.println(ip.getHostName());
  14.         //获取本地主机IP地址对象
  15.         ip = InetAddress.getLocalHost();
  16.         System.out.println(ip.getHostAddress()); // 返回IP地址字符串
  17.         System.out.println(ip.getHostName()); // 返回IP地址的主机名
  18.     }
  19. } /* Output:
  20. 127.0.0.1
  21. localhost
  22. 10.10.7.53
  23. JieHong-PC
  24. *///:~

以上演示的是获取本机的IP地址，当然我们也可以获取其他主机的IP地址，通过主机名或者IP地址字符串。

  1. import java.net.InetAddress;
  2. import java.net.UnknownHostException;
  4. public class IPDemo {
  5.     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
  6.         // 在给定主机名（或IP地址字符串）的情况下确定主机的IP地址。
  7.         getIPByName();
  8.     }
  9.     public static void getIPByName() throws UnknownHostException {
  10.         InetAddress ip = InetAddress.getByName("JieHong-PC");
  11.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  12.         System.out.println(ip.getHostName());
  13.         ip = InetAddress.getByName("10.10.7.53");
  14.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  15.         System.out.println(ip.getHostName());
  16.     }
  17. } /* Output:
  18. 10.10.7.53
  19. JieHong-PC
  20. 10.10.7.53
  21. JieHong-PC
  22. *///:~

甚至我们可以通过网站名获取IP地址字符串，以下是一个小展示：

  1. import java.net.InetAddress;
  2. import java.net.UnknownHostException;
  4. public class IPDemo {
  5.     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
  6.         hostNameShow();
  7.     }
  8.     public static void hostNameShow() throws UnknownHostException {
  9.         InetAddress ip = InetAddress.getByName("www.sina.com.cn");
  10.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  11.         System.out.println(ip.getHostName());
  12.         ip = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
  13.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  14.         System.out.println(ip.getHostName());
  15.     }
  16. } /* Output:
  17. 202.108.33.98
  18. www.sina.com.cn
  19. 61.135.169.121
  20. www.baidu.com
  21. *///:~

在这里有必要多说一下上面方式的工作原来，"www.sina.com.cn"的构成是这样的：“主机名.域名.组织.国家”，".com"代表一个商业组织，".org"非盈利组织。除了"www"这种主机名，我们还能看到"tieba.baidu.com"百度贴吧，"tech.qq.com"腾讯科技等很多不同的主机名。我们首先通过DNS域名解析服务器，将"baidu"解析成"61.135.169.121"，之后通过该IP找到百度，根据主机名访问不同的资源。为什么无需指定端口号，因为默认为80端口。因此我们可以通过百度的IP直接进行访问，即在浏览器中输入"61.135.169.121"便可以跳转到百度。注意，只有百度可以直接输入IP进行访问，类似新浪、腾讯等其他网站直接输入IP会被禁止"Access Denied"。

所谓的域名解析，其实很简单，只是存储了大量的IP和网站名的对应列表，在我们进行域名解析的时候，首先会走本地域名解析列表，之后才进行DNS。正是由于会先走本地的域名解析列表，所以可以通过添加自定义域名解析列表来屏蔽一些垃圾网站（使用本机回环地址127.0.0.1与网站名对应），本地域名解析列表在"C:\Windows\System32\drivers\etc"的hosts文件中。

接下来可以在该hosts文件中依次添加两行："127.0.0.1 www.jiehong.com"和"192.168.1.100 www.game18.com"。

  1. import java.net.InetAddress;
  2. import java.net.UnknownHostException;
  4. public class IPDemo {
  5.     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
  6.         hideWeb();
  7.     }
  8.     public static void hideWeb() throws UnknownHostException {
  9.         InetAddress ip = InetAddress.getByName("www.jiehong.com");
  10.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  11.         System.out.println(ip.getHostName());
  12.         ip = InetAddress.getByName("www.game18.com");
  13.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  14.         System.out.println(ip.getHostName());
  15.         ip = InetAddress.getByName("192.168.1.100");
  16.         System.out.println(ip.getHostAddress());
  17.         System.out.println(ip.getHostName());
  18.     }
  19. } /* Output:
  20. 127.0.0.1
  21. www.jiehong.com
  22. 192.168.1.100
  23. www.game18.com
  24. 192.168.1.100
  25. www.game18.com
  26. *///:~

如果在这两行中间再添加一行"192.168.1.100 www.game19.com"，那么最后一行是输出结果将为"www.game19.com"，只要一查到符合的信息便不会再进行查找。

端口号

当你挂着QQ聊天的时候，数据发到你这个IP，需要指明被哪个进程接收，是QQ还是浏览器。端口号用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识不同。有效的端口从0到65535，其中0~1024系统使用或保留端口。

传输协议

通讯的规则，常见的传输协议有两种：TCP和UDP。

以上这两种通讯协议都在Java中有对应的类，在讲解这些类之前应该先了解一下Socekt。

Socket

Socket的英文翻译为插座，我是认为这个翻译是比较恶心的，专业术语是套接字。网络都必须有接收端和发送端，只有一端那只能叫做单机了。每个端点如果想进行通讯都必须有Socket，套接字是一种通信机制，不同的通信方式有不同的Socket。举个例子：你从厦门到鼓浪屿的话，会从你这边海的码头坐船到另一边的码头，这两个码头就相当与Socket。

UDP传输协议

在Java中将UDP这种协议进行了封装，使得方便我们操作。UDP传输协议对应的端点服务Socket为DatagramSocket，此类表示用来发送和接收数据报包的套接字。该类的send和receive方法将从此套接字发送和接收数据报包，DatagramPacket表示数据报包，实现无连接包投递服务，不对包投递做出保证。由于所包含的信息太多，例如目的地址和源地址、校验码、包中的数据等，所以将数据封装成对象来方便我们操作。通过查看API可以发现DatagramPacket的构造函数分出两类，一类用来发送数据，一类用来接收数据。注意，发送数据的数据报包都应该明确目的地址，即构造函数中会具有含IP对象的参数。

UDP的发送端

清楚了上面所说的内容，首先我们来明确创建UDP传输协议的发送端的思路：

  1. 建立UDP的Socket服务的套接字即端点；
  2. 将要发送的数据封装到数据报包中；
  3. 通过UPD的Socket服务将数据报包发送出去；
  4. 关闭Socket服务。
  1. import java.io.IOException;
  2. import java.net.DatagramPacket;
  3. import java.net.DatagramSocket;
  4. import java.net.InetAddress;
  6. public class UPDSend {
  7.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  8.         // 构造发送端数据报套接字，并将其绑定到本地主机上任何可用的端口
  9.         DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
  10.         // 将要发送的数据封装到数据报包中
  11.         String data = "UPD传输协议：发送端启动";
  12.         byte[] buf = data.getBytes();
  13.         // 数据报包将发送到指定主机上的指定端口号
  14.         DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length, InetAddress.getByName("JieHong-PC"), 8899);
  15.         // 发送数据报包
  16.         ds.send(dp);
  17.         // 关闭此数据报套接字以释放资源
  18.         ds.close();
  19.     }
  20. } ///:OK~

UDP的接收端

创建UDP传输协议的接收端的思路：

  1. 建立明确端口号的UDP的Socket服务的套接字；
  2. 创建数据报包，用于存储接收到的数据，方便用数据包对象的方法解析这些数据；
  3. 使用Socket服务的receive方法将接收的数据存储到数据包中；
  4. 通过数据报包的方法解析数据包中的数据；
  5. 关闭Socket服务。
  1. import java.io.IOException;
  2. import java.net.DatagramPacket;
  3. import java.net.DatagramSocket;
  5. public class UDPReceive {
  6.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  7.         // 监听绑定到本地主机上的指定端口，此时与发送的数据报包中的端口一致
  8.         DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8899);
  9.         // 创建数据报包，用于存储接收到的数据
  10.         byte[] buf = new byte[1024];
  11.         DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
  12.         // 将接收的数据存储到数据包中
  13.         ds.receive(dp); // 阻塞式方法
  14.         // 解析数据报包的数据
  15.         String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
  16.         int port = dp.getPort(); // 返回发送端绑定的端口号
  17.         String data = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()); // 获取接收到的数据的长度
  18.         System.out.println(ip + ":" + port + ":" + data);
  19.         // 关闭此数据报套接字以释放资源
  20.         ds.close();
  21.     }
  22. } /* Output: // 只有先启动接收端，后启动发送端才能看到以下输出结果
  23. 10.10.7.53:52684:UPD传输协议：发送端启动
  24. *///:~

通过发送端随机绑定了52684端口，当然我们也可以在发送端的Socket构造函数中指定端口，或者使用bind方法绑定端口。

UDP的应用——聊天室

笔者将演示使用多线程来实现一个聊天室的功能，在主控台输入后显示，当输入886之后退出聊天。

  1. import java.io.BufferedReader;
  2. import java.io.IOException;
  3. import java.io.InputStreamReader;
  4. import java.net.DatagramPacket;
  5. import java.net.DatagramSocket;
  6. import java.net.InetAddress;
  7. // 当发送端发送了886之后便退出聊天
  8. class Send implements Runnable{
  9.     private DatagramSocket ds;
  10.     public Send(DatagramSocket ds) { this.ds = ds; }
  11.     @Override
  12.     public void run() {
  13.         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
  14.         String line = null;
  15.         try {
  16.             while ((line = br.readLine()) != null) {
  17.                 byte[] buf = line.getBytes();
  18.                 DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length, InetAddress.getLocalHost(), 8010);
  19.                 ds.send(dp);
  20.                 if ("886".equals(line))
  21.                     break;
  22.             }
  23.         } catch (IOException e) { }
  24.     }
  25. }
  26. // 接收端
  27. class Receive implements Runnable{
  28.     private DatagramSocket ds;
  29.     public Receive(DatagramSocket ds) { this.ds = ds; }
  30.     @Override
  31.     public void run() {
  32.         while(true){
  33.             byte[] buf = new byte[1024];
  34.             DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
  35.             try {
  36.                 ds.receive(dp); // 阻塞式方法
  37.                 String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
  38.                 int port = dp.getPort();
  39.                 String data = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
  40.                 System.out.println(ip + ":" + port + ":" + data);
  41.                 if ("886".equals(data)) {
  42.                     System.out.println(ip + ":退出聊天室");
  43.                 }
  44.             } catch (IOException e) { }
  45.         }
  46.     }   
  47. }
  48. public class Chat {
  49.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  50.         // 绑定到本地主机上的指定端口
  51.         DatagramSocket send = new DatagramSocket(9001);
  52.         // 接收端需与发送的数据报包中的端口一致
  53.         DatagramSocket receive = new DatagramSocket(8010);
  54.         new Thread(new Send(send)).start();
  55.         new Thread(new Receive(receive)).start();
  56.     }
  57. } ///:0K~
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