网络编程

3. 什么是URL？
　　4. URL和IP地址有什么样的关系？
　　5. 什么叫套接字（Socket）？
　　6. 套接字（Socket）和TCP/IP协议的关系？
　　7. URL和套接字（Socket）的关系？


网络编程中有两个主要的问题，一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机，另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。

在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。而TCP层则提供面向应用的可靠的或非可靠的数据传输机制，这是网络编程的主要对象，一般不需要关心IP层是如何处理数据的。


客户机/服务器（C/S）结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提出申请。服务器一般作为守护进程始终运行，监听网络端口，一旦有客户请求，就会启动一个服务进程来响应该客户，同时自己继续监听服务端口，使后来的客户也能及时得到服务。

在TCP/IP的传输层同时存在TCP和UDP两个协议。

TCP是Tranfer Control Protocol的简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信 。
　　
UDP是User Datagram Protocol的简称，是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
　　
UDP每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需要建立发送方和接收方的连接。

UDP传输数据时是有大小限制的，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
TCP没有限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大量的数据。

UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。而TCP是一个可靠的协议，它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。
　　
一是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。

二是在许多应用中并不需要保证严格的传输可靠性，比如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。


URL 表示Internet上某一资源的地址。  组成 protocol://resourceName

为了表示URL， java.net中实现了类URL。   public URL (String spec);
　URL urlBase=new URL("http://www.263.net/")
 
一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但是可获取这些属性：
　　　public String getProtocol() 获取该URL的协议名。
　　　public String getHost() 获取该URL的主机名。
　　　public int getPort() 获取该URL的端口号，如果没有设置端口，返回-1。

当我们得到一个URL对象后，就可以通过它读取指定的WWW资源。这时我们将使用URL的方法openStream()，其定义为：　InputStream openStream();
　

通过URL的方法openStream()，我们只能从网络上读取数据，如果我们同时还想输出数据，例如向服务器端的CGI程序发送一些数据，我们必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，这时就要用到类URLConnection了。CGI是公共网关接口（Common Gateway Interface）的简称，它是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口。
　　
类URLConnection 表示Java程序和URL在网络上的通信连接。当与一个URL建立连接时，首先要在一个URL对象上通过方法openConnection()生成对应的URLConnection对象。

类URLConnection提供了很多方法来设置或获取连接参数，程序设计时最常使用的是getInputStream()和getOurputStream(),其定义为：
　　　　　InputSteram getInputSteram();
　　　　　OutputSteram getOutputStream();
　　
基于URL的网络编程在底层其实还是基于下面要讲的Socket接口的。WWW，FTP等标准化的网络服务都是基于TCP协议的，所以本质上讲URL编程也是基于TCP的一种应用.


基于Socket的低层次Java网络编程

一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。
Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。



对于一个功能齐全的Socket，都要包含以下基本结构，其工作过程包含以下四个基本的步骤：
　　（1） 创建Socket；
　　（2） 打开连接到Socket的输入/出流；
　　（3） 按照一定的协议对Socket进行读/写操作；
　　（4） 关闭Socket.

8.3.3 创建Socket

java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket，分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类，使用很方便。其构造方法如下：
　　Socket(InetAddress address, int port);
　　Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);
　　Socket(String host, int prot);
　　Socket(String host, int prot, boolean stream);
　　Socket(SocketImpl impl)
　　Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　ServerSocket(int port);
　　ServerSocket(int port, int backlog);
　　ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
　　其中address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端口号，stream指明socket是流socket还是数据报socket，localPort表示本地主机的端口号，localAddr和bindAddr是本地机器的地址（ServerSocket的主机地址），impl是socket的父类，既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。例如：
　　Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
　　ServerSocket server = new ServerSocket(80);
　　注意，在选择端口时，必须小心。每一个端口提供一种特定的服务，只有给出正确的端口，才能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留，例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时，最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。
　　在创建socket时如果发生错误，将产生IOException，在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。

8.3.8 简单的Client/Server程序设计

下面我们给出一个用Socket实现的客户和服务器交互的典型的C/S结构的演示程序，读者通过仔细阅读该程序，会对前面所讨论的各个概念有更深刻的认识。程序的意义请参考注释。

1. 客户端程序
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　public class TalkClient {
　　　　public static void main(String args[]) {
　　　　　　try{
　　　　　　　　Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);
　　　　　　　　//向本机的4700端口发出客户请求
　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　　　//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
　　　　　　　　PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　　　//由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　　　　　　　//由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
　　　　　　　　String readline;
　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
　　　　　　　　while(!readline.equals("bye")){
　　　　　　　　//若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环
　　　　　　　　　　os.println(readline);
　　　　　　　　　　//将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
　　　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　　　//刷新输出流，使Server马上收到该字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+readline);
　　　　　　　　　　//在系统标准输出上打印读入的字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+is.readLine());
　　　　　　　　　　//从Server读入一字符串，并打印到标准输出上
　　　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
　　　　　　　　} //继续循环
　　　　　　　　os.close(); //关闭Socket输出流
　　　　　　　　is.close(); //关闭Socket输入流
　　　　　　　　socket.close(); //关闭Socket
　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　System.out.println("Error"+e); //出错，则打印出错信息
　　　　　　}
　　}
}

　2. 服务器端程序
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.applet.Applet;
　　public class TalkServer{
　　　　public static void main(String args[]) {
　　　　　　try{
　　　　　　　　ServerSocket server=null;
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　server=new ServerSocket(4700);
　　　　　　　　//创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
　　　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　　　System.out.println("can not listen to:"+e);
　　　　　　　　//出错，打印出错信息
　　　　　　　　}

　　　　　　　　Socket socket=null;
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　socket=server.accept();
　　　　　　　　　　//使用accept()阻塞等待客户请求，有客户
　　　　　　　　　　//请求到来则产生一个Socket对象，并继续执行
　　　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　　　System.out.println("Error."+e);
　　　　　　　　　　//出错，打印出错信息
　　　　　　　　}
　　　　　　　　String line;
　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　　　　　　　　//由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
　　　　　　　　PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　　　　//由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　　　　//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象

　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());
　　　　　　　　//在标准输出上打印从客户端读入的字符串
　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　//从标准输入读入一字符串
　　　　　　　　while(!line.equals("bye")){
　　　　　　　　//如果该字符串为 "bye"，则停止循环
　　　　　　　　　　os.println(line);
　　　　　　　　　　//向客户端输出该字符串
　　　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　　　//刷新输出流，使Client马上收到该字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+line);
　　　　　　　　　　//在系统标准输出上打印读入的字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());
　　　　　　　　　　//从Client读入一字符串，并打印到标准输出上
　　　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　　　//从系统标准输入读入一字符串
　　　　　　　　} 　//继续循环
　　　　　　　　os.close(); //关闭Socket输出流
　　　　　　　　is.close(); //关闭Socket输入流
　　　　　　　　socket.close(); //关闭Socket
　　　　　　　　server.close(); //关闭ServerSocket
　　　　　　}catch(Exception e){
　　　　　　　　System.out.println("Error:"+e);
　　　　　　　　//出错，打印出错信息
　　　　　　}
　　　　}
　　}

8.3.9 支持多客户的client/server程序设计

前面提供的Client/Server程序只能实现Server和一个客户的对话。在实际应用中，往往是在服务器上运行一个永久的程序，它可以接收来自其他多个客户端的请求，提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能，需要对上面的程序进行改造，利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求，一旦监听到客户请求，服务器就会启动一个专门的服务线程来响应该客户的请求，而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态，等待下一个客户的到来。

ServerSocket serverSocket=null;
　　　　boolean listening=true;
　　　　try{
　　　　　　serverSocket=new ServerSocket(4700);
　　　　　　//创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
　　　　}catch(IOException e) {　　}
　　　　while(listening){ //永远循环监听
　　　　　　new ServerThread(serverSocket.accept(),clientnum).start();
　　　　　　//监听到客户请求，根据得到的Socket对象和
　　　　　　　客户计数创建服务线程，并启动之
　　　　　　clientnum++; //增加客户计数
　　　　}
　　　　serverSocket.close(); //关闭ServerSocket

设计ServerThread类

　public class ServerThread extends Thread{
　　　Socket socket=null; //保存与本线程相关的Socket对象
　　　int clientnum; //保存本进程的客户计数
　　　public ServerThread(Socket socket,int num) { //构造函数
　　　　this.socket=socket; //初始化socket变量
　　　　clientnum=num+1; //初始化clientnum变量
　　　}
　　　public void run() { //线程主体
　　　　try{//在这里实现数据的接受和发送}

8.3.10 据报Datagram通讯

前面在介绍TCP/IP协议的时候，我们已经提到，在TCP/IP协议的传输层除了TCP协议之外还有一个UDP协议，相比而言UDP的应用不如TCP广泛，几个标准的应用层协议HTTP，FTP，SMTP…使用的都是TCP协议。但是，随着计算机网络的发展，UDP协议正越来越来显示出其威力，尤其是在需要很强的实时交互性的场合，如网络游戏，视频会议等，UDP更是显示出极强的威力，下面我们就介绍一下Java环境下如何实现UDP网络传输。

8.3.11 什么是Datagram

所谓数据报（Datagram）就跟日常生活中的邮件系统一样，是不能保证可靠的寄到的，而面向链接的TCP就好比电话，双方能肯定对方接受到了信息。在本章前面，我们已经对UDP和TCP进行了比较，在这里再稍作小节：
　　TCP，可靠，传输大小无限制，但是需要连接建立时间，差错控制开销大。
　　UDP，不可靠，差错控制开销较小，传输大小限制在64K以下，不需要建立连接。

8.3.12 Datagram通讯的表示方法：DatagramSocket；DatagramPacket

包java.net中提供了两个类DatagramSocket和DatagramPacket用来支持数据报通信，DatagramSocket用于在程序之间建立传送数据报的通信连接， DatagramPacket则用来表示一个数据报。先来看一下DatagramSocket的构造方法：
　　　DatagramSocket（）；
　　　DatagramSocket（int prot）;
　　　DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)
　　　　其中，port指明socket所使用的端口号，如果未指明端口号，则把socket连接到本地主机上一个可用的端口。laddr指明一个可用的本地地址。给出端口号时要保证不发生端口冲突，否则会生成SocketException类例外。注意：上述的两个构造方法都声明抛弃非运行时例外SocketException，程序中必须进行处理，或者捕获、或者声明抛弃。
   用数据报方式编写client/server程序时，无论在客户方还是服务方，首先都要建立一个DatagramSocket对象，用来接收或发送数据报，然后使用DatagramPacket类对象作为传输数据的载体。下面看一下DatagramPacket的构造方法 ：
　　　DatagramPacket（byte buf[],int length）；
　　　DatagramPacket(byte buf[], int length, InetAddress addr, int port);
　　　DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)；
　　　DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)；

　　其中，buf中存放数据报数据，length为数据报中数据的长度，addr和port旨明目的地址，offset指明了数据报的位移量。
　　在接收数据前，应该采用上面的第一种方法生成一个DatagramPacket对象，给出接收数据的缓冲区及其长度。然后调用DatagramSocket 的方法receive()等待数据报的到来，receive()将一直等待，直到收到一个数据报为止。
　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);
　　Socket.receive (packet);
　　发送数据前，也要先生成一个新的DatagramPacket对象，这时要使用上面的第二种构造方法，在给出存放发送数据的缓冲区的同时，还要给出完整的目的地址，包括IP地址和端口号。发送数据是通过DatagramSocket的方法send()实现的，send()根据数据报的目的地址来寻径，以传递数据报。
　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, length, address, port);
　　Socket.send(packet)；
    在构造数据报时，要给出InetAddress类参数。类InetAddress在包java.net中定义，用来表示一个Internet地址，我们可以通过它提供的类方法getByName（）从一个表示主机名的字符串获取该主机的IP地址，然后再获取相应的地址信息。

8.3.14 用数据报进行广播通讯

DatagramSocket只允许数据报发送一个目的地址，java.net包中提供了一个类MulticastSocket，允许数据报以广播方式发送到该端口的所有客户。MulticastSocket用在客户端，监听服务器广播来的数据。

1. 客户方程序:MulticastClient.java
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.util.*;
　　public class MulticastClient {
　　　　public static void main(String args[]) throws IOException
　　　　{
　　　　　MulticastSocket socket=new MulticastSocket(4446);
　　　　　//创建4446端口的广播套接字
　　　　　InetAddress address=InetAddress.getByName("230.0.0.1");
　　　　　//得到230.0.0.1的地址信息
　　　　　socket.joinGroup(address);
　　　　　//使用joinGroup()将广播套接字绑定到地址上
　　　　　DatagramPacket packet;

　　　　　for(int i=0;i<5;i++) {
　　　　　　　byte[] buf=new byte[256];
　　　　　　　//创建缓冲区
　　　　　　　packet=new DatagramPacket(buf,buf.length);
　　　　　　　//创建接收数据报
　　　　　　　socket.receive(packet); //接收
　　　　　　　String received=new String(packet.getData());
　　　　　　　//由接收到的数据报得到字节数组，
　　　　　　　//并由此构造一个String对象
　　　　　　　System.out.println("Quote of theMoment:"+received);
　　　　　　　//打印得到的字符串
　　　　　} //循环5次
　　　　　socket.leaveGroup(address);
　　　　　//把广播套接字从地址上解除绑定
　　　　　socket.close(); //关闭广播套接字
　　　}
　}

　2. 服务器方程序:MulticastServer.java
　　public class MulticastServer{
　　　　public static void main(String args[]) throws java.io.IOException
　　　　{
　　　　　　new MulticastServerThread().start();
　　　　　　//启动一个服务器线程
　　　　}
　　}

　3. 程序MulticastServerThread.java
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.util.*;
　　public class MulticastServerThread extends QuoteServerThread
　　//从QuoteServerThread继承得到新的服务器线程类MulticastServerThread
　　{
　　　　Private long FIVE_SECOND=5000; //定义常量，5秒钟
　　　　public MulticastServerThread(String name) throws IOException
　　　　{
　　　　　　super("MulticastServerThread");
　　　　　　//调用父类，也就是QuoteServerThread的构造函数
　　　　}

　　　　public void run() //重写父类的线程主体
　　　　{
　　　　　while(moreQuotes) {
　　　　　//根据标志变量判断是否继续循环
　　　　　　try{
　　　　　　　　byte[] buf=new byte[256];
　　　　　　　　//创建缓冲区
　　　　　　　　String dString=null;
　　　　　　　　if(in==null) dString=new Date().toString();
　　　　　　　　//如果初始化的时候打开文件失败了，
　　　　　　　　//则使用日期作为要传送的字符串
　　　　　　　　else dString=getNextQuote();
　　　　　　　　//否则调用成员函数从文件中读出字符串
　　　　　　　　buf=dString.getByte();
　　　　　　　　//把String转换成字节数组，以便传送send it
　　　　　　　　InetAddress group=InetAddress.getByName("230.0.0.1");
　　　　　　　　//得到230.0.0.1的地址信息
　　　　　　　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf,buf.length,group,4446);
　　　　　　　　//根据缓冲区，广播地址，和端口号创建DatagramPacket对象
　　　　　　　　socket.send(packet); //发送该Packet
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　sleep((long)(Math.random()*FIVE_SECONDS));
　　　　　　　　　　//随机等待一段时间，0～5秒之间
　　　　　　　　}catch(InterruptedException e) { } //异常处理
　　　　　　}catch(IOException e){ //异常处理
　　　　　　　　e.printStackTrace( ); //打印错误栈

　　　　　　　　moreQuotes=false; //置结束循环标志
　　　　　　}
　　　　}
　　　　socket.close( ); //关闭广播套接口
　　　}
　}