第21章网络通信

网络程序设计基础

网络程序设计编写的是与其他计算机进行通信的程序。Java 已经将网络程序所需要的元素封

装成不同的类，用户只要创建这些类的对象，使用相应的方法，即使不具备有关的网络支持，也可

以编写出高质量的网络通信程序。

局域网与互联网

为了实现两台计算机的通信，必须用一个网络线路连接两台算计。

服务器是指提供信息的计算机程序

客户机是指请求信息的计算机或程序

网络用于连接服务器与客户机，实现两者的相互通信。但是，有时在某个网络中很难将服务器与客户机区分开。局域网 (LAN) 是一群通过一定形式连接起来的计算机，它可以由两台计算机组成，也可以由同一区域内地上千台计算机组成。将 LAN 延伸到更大的范围，这样的网络成为广域网（WAN)。互联网是由无数的 LAN 和 WAN 组成的。

网络协议

网络协议规定了计算机之间连接的物理、机械（网络与网卡的连接规定）、电气（有效的电平范围）等特征，计算机之间的相互寻址规则，数据发送冲突的解决方式，长数据如何分段传送与接收等内容。

IP协议

IP 是 Internet Protocol 的简称，是一种网络协议。Internet 网络采用的协议是 TCP/IP协议。TCP/IP 模式是一种层次结构，共分为 4 层，分别为应用层、传输层、互联网层和网络层。各层实现特定的功能，提供特定服务和访问接口，并具有相对的独立性。

TCP/IP 协议

在TCP/IP 协议栈中有两个高级协议：

传输控制协议（TCP）

用户数据报协议（UDP）

端口域套接字

一般而言，一台计算机只有单一的连接到网络的物理连接，所以的数据读通过此连接对内、

对外送达特定的计算机，这就是端口。网络程序设计的端口（port）并非真实的物理存在，而是一

个假想的连接装置。

网络程序中的套接字（Socket）用于将应用程序与端口连接起来。套接字是一个假想的连接装置，就像插座一样可以连接电器与电线。

TCP 程序

TCP 网络程序设计是利用 Socket 类编写通信程序。利用 TCP 协议进行通信的两个应用程序是有主次之分的，一个称为服务器程序，另一个称为客户机程序，两者的功能和编写方法大不一样。

InterAddress 类

java.net 包中的 InterAddress 类是与 IP 地址相关的类，利用该类可以获取 IP 地址、主机地址等信息。

例题21.1：

import java.net.*;public class Demo21_1 {public static void main(String[] args) {InetAddress ip;//创建InetAddress对象try {//捕捉异常ip=InetAddress.getLocalHost();//实例化对象String ming=ip.getHostName();//获取本机名String dizi=ip.getHostAddress();//获取本机地址System.out.println("本机名："+ming);//输出本机名System.out.println("本机IP地址："+dizi);//将本机IP地址输出} catch (UnknownHostException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();//输出异常}}}

结果：

ServerSocket 类

java.net 包中的 ServerSocket 类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的

“请求”，它可以通过指定的端口来等待连接的套接字。服务器套接字一次可以与一个套接字。如果

多台客户机同时提供出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入列队中，然后从中取出

一个套接字，与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接大于最大容纳数，则多出的连接请求被

拒绝。队列的默认大小是 50。

ServerSocket 类的构造方法通常会抛出 IOException 异常，具体有以下几种形式:

ServerSocket(): 创建非绑定服务器套接字。
ServerSocket(int port): 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
ServerSocket(int port,int backlog): 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上。
ServerSocket(int port,int backlog,InetAddress bindAddress): 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。这种情况适用于计算机上有多块网卡和多个IP 地址的情况，用户可以明确规定 ServerSocket 在哪块网卡或哪个 IP 地址上等待客户的连接请求。

TCP 网络程序设计

例题21.2：创建 TCP/IP 协议服务器，本实例是一个 TCP服务器端程序。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Demo21_2 {private ServerSocket s;//服务器套接字private Socket sk;//客户端套接字void start() {//启动服务器try {s=new ServerSocket(8998);//服务器启用8998端口System.out.println("服务器套接字已经创建成功");while(true) {System.out.println("等待客户机的接入");sk=s.accept();//监听客户机的连接BufferedReader r=new BufferedReader(new InputStreamReader(sk.getInputStream()));while(true) {//循环接收信息String m=r.readLine();//读取一行文本if("退出".equals(m)) {//如果客户机发来的内容为退出System.out.println("客户机退出");break;//停止接收信息}System.out.println("客户机"+m);}r.close();//关闭流sk.close();//关闭套接字}}catch(IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {Demo21_2 tcp=new Demo21_2();tcp.start();//启动服务器}}

结果：

运行服务器端程序，将输出提示信息，等待客户呼叫。下面再来看一下客户端程序。

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Container;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.JTextField;public class Demo21_2_2 extends JFrame{private PrintWriter w;//字符输出流Socket s;//客户端套接字private JTextArea area=new JTextArea();//文本域private JTextField text=new JTextField();//文本框public Demo21_2_2() {setTitle("向服务器送数据");setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);Container c=getContentPane();//主容器JScrollPane scrollPane=new JScrollPane(area);//滚动面板getContentPane().add(scrollPane,BorderLayout.CENTER);c.add(text,"South");//将文本框放到窗体下部text.addActionListener(new ActionListener() {//文本框触发回车事件public void actionPerformed(ActionEvent e) {w.println(text.getText().trim());//将文本框的信息写入流area.append(text.getText()+"\n");//将文本框的信息显示在文本域中text.setText("");//将文本框清空}});}public void c() {//连接服务器方法area.append("尝试连接\n");//文本域中提示信息try {s=new Socket("127.0.0.1",8998);//连接本地计算机的端口8998w=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);area.append("完成连接\n");}catch(IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {Demo21_2_2 c=new Demo21_2_2();c.setSize(200, 200);//窗体大小c.setVisible(true);//是否显示c.c();//连接服务器}}

结果：

UDP 程序

用户数据报协议 (UDP) 是网络信息传输的另一种形式。基于 UDP 的通信和基于 TCP 的通信基于 UDP的信息传递更快，但不提供可靠性保证。使用 UDP 传递数据时，用户无法知道数据能否正确地到达主机，也不能确定到达目的地的顺序是否和发送相同。虽然 UDP 是一种不可靠的员议，但如果需要较快地传输信息，并能容忍小的错误，可以考虑使用 UDP。

基于 UDP 通信的基本模式如下：

将数据打包 (称为数据包)，然后将数据包发往目的地。
接收别人发来的数据包，然后查看数据包。

发送数据包的步骤如下:

使用 DatagramSocket() 创建一个数据包套接字。
使用 DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)创建要发送的
数据包。
使用 DatagramSocket 类的 send() 方法发送数据包。

接收数据包的步骤如下:

使用 DatagramSocket(int port) 创建数据包套接字，绑定到指定的端口。
使用 DatagramPacket(byte[]buf,int length) 创建字节数组来接收数据包。
使用 DatagramPacket 类的 receive() 方法接收UDP包。

DatagramPacket 类

java.net 包的 DatagramPacket 类用来表示数据包。DatagramPacket 类的构造方法如下:

DatagramPacket(byte[] buf, int length)
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port).

第一种构造方法在创建 DatagramPacket 对象时，指定了数据包的内存空间和大小。第二种构造方法不仅指定了数据包的内存空间和大小，还指定了数据包的目标地址和口、在发送数据时，必须指定接收方的 Socket 地址和端口号，因此使用第二种构造方法可创建发送数据的 DamgramPacket 对象。

DatagramSocket 类

javanet 包中的 DatagramSocket 类用于表示发送和接收数据包的套接字。该类的构造方法如下:

DatagramSocket()
DatagramSocket(int port)
DatagramSocket(int port, InetAddress addr)

第一种构造方法创建 DatagramSocket 对象，构造数据报套接字，并将其绑定到本地主机任何可用的端口上。第二种构造方法创建 DatagramSocket 对象，创建数据报套字，并将其绑定到本地主机的指定端口上。第三种构造方法创建 DatagramSocket 对象，创建数据报套接字，并将其绑定到指定的端口和指定的本地地址上。第三种构造函数适用于有多块网卡和多个 IP 地址的情况。

UDP 网络程序设计

例题21.3：创建 UDP 协议广播电台程序，广播主机程序不断地向外播出信息。

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;public class Demo21_3 extends Thread{String weather="节目预报：八点有大型晚会，请收听";int port=9898;InetAddress  iaddress=null;MulticastSocket socket=null;Demo21_3(){try {iaddress=InetAddress.getByName("224.225.10.1");socket=new MulticastSocket(port);socket.setTimeToLive(1);socket.joinGroup(iaddress);}catch(IOException e) {e.printStackTrace();}}public void run() {while(true) {DatagramPacket packet=null;byte date[]=weather.getBytes();packet=new DatagramPacket(date,date.length,iaddress,port);System.out.println(weather);try {socket.send(packet);sleep(3000);}  catch (IOException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {Demo21_3 w=new Demo21_3();w.start();}}

结果：

接收数据程序。代码如下：

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.WindowConstants;public class Demo21_3_2  extends JFrame implements Runnable,ActionListener{int port=9898;InetAddress  group=null;MulticastSocket socket=null;JButton inceBth=new JButton("开始接收");JButton stopBth=new JButton("停止接收");JTextArea inceAr=new JTextArea(10,10);JTextArea inced=new JTextArea(10,10);Thread thread;boolean stop=false;public Demo21_3_2() {setTitle("广播数据");setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);thread=new Thread(this);inceBth.addActionListener(this);stopBth.addActionListener(this);inceAr.setForeground(Color.blue);JPanel north=new JPanel();north.add(inceBth);north.add(stopBth);add(north,BorderLayout.NORTH);JPanel center=new JPanel();center.setLayout(new GridLayout(1,2));center.add(inceAr);center.add(inced);add(center,BorderLayout.CENTER);validate();try {group=InetAddress.getByName("224.225.10.1");socket=new MulticastSocket(port);socket.joinGroup(group);}catch(IOException e) {e.printStackTrace();}setBounds(100,50,360,380);setVisible(true);}public void  run() {while(!stop) {byte date[] = new byte[1024];DatagramPacket packet=null;packet=new DatagramPacket(date,date.length,group,port);try {socket.receive(packet);String message=new String(packet.getData(),0,packet.getLength());inceAr.setText("正在接收内容：\n"+message);inced.append(message+"\n");}catch(IOException e) {e.printStackTrace();}}}public void actionPerformed(ActionEvent e) {if(e.getSource()==inceBth) {inceBth.setBackground(Color.red);stopBth.setBackground(Color.yellow);if(!(thread.isAlive())) {thread=new Thread(this);}thread.start();stop=false;}if(e.getSource()==stopBth) {inceBth.setBackground(Color.yellow);stopBth.setBackground(Color.red);stop=true;}}public static void main(String[]args) {Demo21_3_2 rec=new Demo21_3_2();rec.setSize(460, 200);}
}