【Java 基础】Java 网络编程-CFANZ编程社区

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一、什么是网络编程

Java的网络编程是指使用Java语言进行网络通信的编程技术。在Java中，可以使用Socket和ServerSocket类来实现基于TCP协议的网络通信，也可以使用DatagramSocket和DatagramPacket类来实现基于UDP协议的网络通信。

Java的网络编程可以用于开发各种网络应用程序，例如Web应用程序、客户端/服务器应用程序、网络游戏等。在网络编程中，Java提供了丰富的类库和API，可以方便地进行网络通信的开发和调试。

Java的网络编程涉及到许多概念和技术，例如IP地址、端口号、套接字、协议等。要进行Java网络编程，需要掌握这些基本概念和技术，并熟练掌握Java的网络编程类库和API。

二、网络编程的三要素

Java网络编程的三要素是：IP地址、端口号和协议。

IP地址：IP地址是网络中用于标识设备的唯一地址。在Java网络编程中，可以使用InetAddress类来表示IP地址，例如：

InetAddress address = InetAddress.getByName("www.jiliu.com");

端口号：端口号是用于标识网络中进程的唯一标识符，它是一个16位的整数。在Java网络编程中，可以使用Socket类来建立网络连接，并指定端口号，例如：

Socket socket = new Socket("www.example.com", 80);

协议：协议是网络中进行通信的规则和标准。在Java网络编程中，可以使用Socket类和ServerSocket类来实现基于TCP协议的网络通信，也可以使用DatagramSocket类和DatagramPacket类来实现基于UDP协议的网络通信，例如：


// 基于TCP协议的网络通信
Socket socket = new Socket("www.example.com", 80);
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);

// 基于UDP协议的网络通信
DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(data, length, address, port);

掌握了IP地址、端口号和协议这三个要素，就可以使用Java进行网络编程了。

三、ip地址 (ipv4, ipv6)

Java中的IP地址可以使用InetAddress类来表示，支持IPv4和IPv6两种类型的IP地址。下面是使用Java获取IPv4和IPv6地址的示例代码：

获取本地IPv4地址：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
            System.out.println("本地IPv4地址: " + localHost.getHostAddress());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

获取本地IPv6地址：

import java.net.Inet6Address;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
            if (localHost instanceof Inet6Address) {
                System.out.println("本地IPv6地址: " + localHost.getHostAddress());
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

获取指定域名的IPv4和IPv6地址：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InetAddress[] addresses = InetAddress.getAllByName("www.jiliu.com");
            for (InetAddress address : addresses) {
                if (address instanceof Inet6Address) {
                    System.out.println("IPv6地址: " + address.getHostAddress());
                } else {
                    System.out.println("IPv4地址: " + address.getHostAddress());
                }
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

使用 getLocalHost() 方法获取本地主机的IP地址，使用 getAllByName() 方法获取指定域名的IP地址。根据返回的 InetAddress 对象类型判断是IPv4还是IPv6地址，然后通过 getHostAddress() 方法获取地址字符串表示。

四、端口和协议的详细解释

在Java网络编程中，端口和协议是两个重要的概念。

端口：

端口是用于标识网络中特定应用程序或服务的数字。在TCP/IP协议中，端口号是一个16位的整数，范围从0到65535。其中，0到1023的端口号称为"知名端口"，用于一些常见的网络服务，如HTTP（端口号为80）、FTP（端口号为21）等。而1024到65535的端口号称为"动态端口"，用于临时分配给客户端程序使用。

在Java中，可以使用Socket类和ServerSocket类来指定端口号进行网络通信。例如，创建一个Socket对象时可以指定目标主机和端口号：

Socket socket = new Socket("www.jiliu.com", 8080);

创建一个ServerSocket对象时可以指定端口号：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);

协议：

协议是网络通信中规定的一系列规则和约定，用于确保数据在网络中的传输和交换。在Java网络编程中，常用的协议有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

五、传输的协议

Java中常用的传输协议有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

TCP协议：

TCP是一种可靠的、面向连接的协议。在TCP通信中，数据被分割成小的数据包，通过网络传输，并在接收端重新组装。TCP协议提供了数据的可靠性、顺序性和流量控制等功能，适用于对数据传输质量要求较高的场景，如文件传输、Web应用等。

在Java中，可以使用Socket类和ServerSocket类实现TCP协议的通信。Socket类用于客户端，可以创建一个Socket对象，指定目标主机和端口号进行连接。ServerSocket类用于服务器端，可以创建一个ServerSocket对象，指定端口号监听客户端的连接请求。

UDP协议：

UDP是一种不可靠的、无连接的协议。在UDP通信中，数据以数据报的形式发送，每个数据报都是独立的，可能会丢失、重复或乱序。UDP协议不提供数据的可靠性和顺序性，但传输效率高，适用于对实时性要求较高、数据丢失可以容忍的场景，如音视频传输、游戏等。

在Java中，可以使用DatagramSocket类和DatagramPacket类实现UDP协议的通信。DatagramSocket类用于发送和接收数据报，可以创建一个DatagramSocket对象，指定端口号进行通信。DatagramPacket类用于封装数据报，包括数据和目标主机的地址信息。

六、UDP协议中广播与组播

在UDP协议中，有两种常见的多播方式，即广播（Broadcast）和组播（Multicast）。

**广播（Broadcast）**：

广播是一种将数据包发送给网络中所有主机的方式。在UDP广播中，数据包被发送到一个特定的广播地址，该地址是网络中所有主机都能接收到的地址。广播地址通常是特定的IP地址，如IPv4的255.255.255.255或IPv6的ff02::1。

在Java中，可以使用DatagramSocket类来实现UDP广播。首先，需要创建一个DatagramSocket对象，并将其绑定到本地主机的一个端口上。然后，创建一个DatagramPacket对象，将要发送的数据和广播地址封装进去。最后，使用DatagramSocket的send方法将数据包发送出去。

下面是一个简单的Java代码示例，用于实现UDP广播：

import java.net.*;

public class UDPBroadcastSender {
   public static void main(String[] args) {
       try {
           DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
           socket.setBroadcast(true);
           byte[] data = "Hello, broadcast!".getBytes();
           InetAddress broadcastAddress = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
           DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, broadcastAddress, 8888);
           socket.send(packet);
           socket.close();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

**组播（Multicast）**：

组播是一种将数据包发送给特定组内的主机的方式。在UDP组播中，数据包被发送到一个特定的组播地址，只有加入该组播组的主机才能接收到数据包。组播地址是一个特定的IP地址范围，如IPv4的224.0.0.0到239.255.255.255或IPv6的ff00::/8。

在Java中，可以使用MulticastSocket类来实现UDP组播。首先，需要创建一个MulticastSocket对象，并将其绑定到一个组播地址和端口上。然后，使用joinGroup方法加入组播组。最后，创建一个DatagramPacket对象，将要发送的数据和组播地址封装进去，并使用MulticastSocket的send方法将数据包发送出去。

下面是一个简单的Java代码示例，用于实现UDP组播：

import java.net.*;

public class UDPMulticastSender {
   public static void main(String[] args) {
       try {
           MulticastSocket socket = new MulticastSocket();
           InetAddress multicastAddress = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
           int port = 8888;
           socket.joinGroup(multicastAddress);
           byte[] data = "Hello, multicast!".getBytes();
           DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, multicastAddress, port);
           socket.send(packet);
           socket.close();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

注意，接收广播和组播的主机需要相应的配置和权限，以便正确接收和处理数据包。

七、TCP协议发送与接收数据

TCP协议是一种可靠的、面向连接的协议，用于在网络上发送和接收数据。TCP协议提供了一种可靠的、有序的、基于字节流的通信方式。

在TCP协议中，发送方和接收方之间首先建立一个连接。连接的建立过程称为"三次握手"。一旦连接建立成功，发送方就可以通过该连接向接收方发送数据。

发送数据：

创建一个TCP套接字（Socket）对象。
使用Socket对象的connect()方法连接到目标主机和端口。
创建一个输出流（OutputStream）对象，通过该流向Socket发送数据。
使用输出流的write()方法将数据发送给接收方。
关闭输出流和Socket连接。

接收数据：

创建一个TCP套接字（Socket）对象。
使用Socket对象的bind()方法绑定到一个本地地址和端口。
使用Socket对象的accept()方法监听来自发送方的连接请求，并接受连接。
创建一个输入流（InputStream）对象，通过该流接收Socket发送的数据。
使用输入流的read()方法读取接收到的数据。
关闭输入流、Socket连接和监听的套接字。

Java代码示例，演示如何使用TCP协议发送和接收数据：

发送方代码：

import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class TCPSender {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String serverIP = "192.168.0.100";
            int serverPort = 8888;
             Socket socket = new Socket(serverIP, serverPort);
             OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            String message = "Hello, TCP!";
            outputStream.write(message.getBytes());
             outputStream.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

接收方代码：

import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPReceiver {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int serverPort = 8888;
             ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(serverPort);
             Socket socket = serverSocket.accept();
             InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = inputStream.read(buffer);
            String receivedMessage = new String(buffer, 0, bytesRead);
            System.out.println("Received message: " + receivedMessage);
             inputStream.close();
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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