《Java网络编程》PPT课件

第9章Java网络编程,本章讨论支持网络应用的包。它的创建者称Java为“为网络编程”。尽管它只占Java的一小部分，与C+相比，这种编程语言更有利于编写网络程序。使Java成为好的网络语言的正是包定义的类。这些类包装了由加州大学的伯克利分校的BSD引入的“套接字（socket）”范型。,9.1网络基础9.2URL编程9.3Socket通讯9.4综合实例（聊天室、简单的Web浏览器）,学习目标,本章知识点,开发代码来建立网络连接理解TCP/IP和UDP协议用ServerSocket和Socket类来实现TCP/IP客户和服务器用DatagramPacket和DatagramSocket来有效地进行基于UDP的网络通信。,9.1网络基础,计算机网络形式多样，内容繁杂。网络上的计算机要互相通信，必须遵循一定的协议。目前使用最广泛的网络协议是Internet上所使用的TCP/IP协议。网络编程的目的就是指直接或间接地通过网络协议与其他计算机进行通讯。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。目前较为流行的网络编程模型是客户机/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。,9.1.1套接字概述9.1.2客户/服务器模式9.1.3保留端口9.1.4Internet编址,9.1.1套接字概述,InternetProtocol（IP）是一种低级路由协议。该协议将数据分解成小包然后通过网络传到一个地址，它并不确保传输的信息包一定到达目的。传输控制协议（TCP）是一种较高级的协议，它把这些信息包有力的捆绑在一起，在必要的时候，排序和重传这些信息包以获得可靠的数据传输。第三种协议，用户数据报协议（UDP）几乎与TCP协议相当，并能够直接用来支持快速的、无连接的、不可靠的信息包传输。TCP是TranferControlProtocol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，当一个socket（通常都是serversocket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。,9.1.1套接字概述,UDP是UserDatagramProtocol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。下面对这两种协议做简单比较：使用UDP时，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。对于TCP协议，由于它是一个面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中多了一个连接建立的时间。使用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。而TCP没有这方面的限制，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。,9.1.1套接字概述,总之，TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。相比之下UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。那既然有了保证可靠传输的TCP协议，为什么还要非可靠传输的UDP协议呢？主要的原因有两个。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。,9.1.2客户/服务器模式,我们经常在与网络有关的话题中听说客户/服务器（client/server）这个术语。在一些产品说明中，这个概念似乎非常复杂，其实它的含义很简单。服务器（server）就是能够提供共享资源的任何东西。现在有计算服务器，提供计算功能；打印服务器，管理多个打印机；磁盘服务器，提供联网的磁盘空间；以及Web服务器，用来存储网页。客户（client）是简单的任何有权访问特定服务器的实体。客户和服务器之间的连接就像电灯和电源插头的连接。房间的电源插座是服务器，电灯是客户。服务器是永久的资源，在访问过服务器之后，客户可以自由的“拔去插头”。在Berkeley套接字中，套接字的概念允许单个计算机同时服务于很多不同的客户，并能够提供不同类型信息的服务。该种技术由引入的端口(port)处理，此端口是一个特定机器上的被编号的套接字。服务器进程是在“监听”端口直到客户连到它。尽管每个客户部分是独特的，一个服务器允许在同样端口接受多个客户。为管理多个客户连接，服务器进程必须是多线程的，或者有同步输入/输出处理多路复用技术的其他方法。,9.1.3保留端口,一旦连接成功，一个高级的协议跟着生效，该协议与所使用的端口有关。TCP/IP为特定协议保留了低端的1024个端口。如果你在网络上冲浪有一些时间了，那么这中间的很多你已经很熟悉了。端口21是为FTP的，23是Telnet，25是为e-mail，79是为finger的，80是HTTP等等。,9.1.4Internet编址,Internet上的每一台计算机都有一个地址。Internet地址是网络上标识每台计算机的惟一定义的数。IP地址有32位，我们通常把它们分成4个从0到255的，有点号（.）隔开的序列。这使它们易于记忆，因为它们不是随机指派的它们是按层次结构指派的。最开始的字节定义了网络属于A、B、C、D或E哪个等级。多数Internet用户使用C级，因为有多于两百万的网络是在C类。C类网的开始字节从192到224，最后字节实际上标识了256之中可以上单个C类网的独立计算机。这种安排允许在C类网中可以有5亿的设备。,9.2URL编程,9.2.1URL9.2.2URL的组成9.2.3创建一个URL9.2.4解析URL9.2.5从URL读取WWW网络资源9.2.6通过URLConnetction连接WWW,9.2.1URL,URL(UniformResourceLocator)是一致资源定位器的简称，它表示Internet上某一资源的地址。通过URL我们可以访问Internet上的各种网络资源，比如最常见的WWW，FTP站点。浏览器通过解析给定的URL可以在网络上查找相应的文件或其他资源。URL是最为直观的一种网络定位方法。使用URL符合人们的语言习惯，容易记忆，所以应用十分广泛。而且在目前使用最为广泛的TCP/IP中对于URL中主机名的解析也是协议的一个标准，即所谓的域名解析服务。使用URL进行网络编程，不需要对协议本身有太多的了解，功能也比较弱，相对而言是比较简单的。,9.2.2URL的组成,URL的编写方式是protocol:/resourceName,其中:协议名（protocol）指明获取资源所使用的传输协议，如http、ftp、gopher、file等。资源名（resourceName）则应该是资源的完整地址，包括主机名、端口号、文件名或文件内部的一个引用。例如：:80/Gamelan/network.html#BOTTOM协议名:/机器名端口号文件名内部引用端口号是和Socket编程相关的一个概念，在后面会有详细讲解。内部引用是HTML中的标记，有兴趣的读者可以参考有关HTML的书籍。,9.2.3创建一个URL,为了表示URL，中实现了类URL。它的构造函数如下：publicURL(Stringspec);通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。publicURL(URLcontext,Stringspec);通过URL和相对URL构造一个URL对象。publicURL(Stringprotocol,Stringhost,Stringfile);通过协议和主机以及文件创建一个URL对象。publicURL(Stringprotocol,Stringhost,intport,Stringfile);通过协议和主机，端口以及文件创建一个URL对象。,注意：类URL的构造方法都声明抛弃非运行时例外（MalformedURLException），因此生成URL对象时，必须要对这一例外进行处理，通常是用try-catch语句进行捕获。格式如下：tryURLmyURL=newURL()catch(MalformedURLExceptione)/exceptionhandlercodehere,9.2.4解析URL,一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但是我们可以通过类URL所提供的方法来获取这些属性：publicStringgetProtocol()获取该URL的协议名。publicStringgetHost()获取该URL的主机名。publicintgetPort()获取该URL的端口号，如果没有设置端口，返回-1。publicStringgetFile()获取该URL的文件名。publicStringgetRef()获取该URL在文件中的相对位置。publicStringgetQuery()获取该URL的查询信息。publicStringgetPath()获取该URL的路径publicStringgetAuthority()获取该URL的权限信息publicStringgetUserInfo()获得使用者的信息publicStringgetRef()获得该URL的锚例9.1中，我们生成一个URL对象，并获取它的各个属性。,9.2.5从URL读取WWW网络资源,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：InputStreamopenStream();方法openSteam()与指定的URL建立连接并返回InputStream类的对象以从这一连接中读取数据。然后就可以使用标准的输入输出方法将数据打印到终端上，下面的程序演示了该方法。例9.2用标准的输入输出方法将数据打印到终端上,9.2.6通过URLConnetction连接WWW,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（CommonGatewayInterface）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，有关CGI程序设计，请读者参考有关书籍。类URLConnection也在包中定义，它表示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。,9.2.6通过URLConnetction连接WWW,例如下面的程序段首先生成一个指向地址tryURLnetchinaren=newURL(URLConnectonntc=netchinaren.openConnection();catch(MalformedURLExceptione)/创建URL()对象失败catch(IOExceptione)/openConnection()失败,9.2.6通过URLConnetction连接WWW,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：InputSteramgetInputSteram();OutputSteramgetOutputStream()通过返回的输入/输出流我们可以与远程对象进行通信。,9.2.6通过URLConnetction连接WWW,看下面的例子：URLurl=newURL(/创建一URL对象URLConnectincon=url.openConnection();/由URL对象获取URLConnection对象DataInputStreamdis=newDataInputStream(con.getInputSteam();/由URLConnection获取输入流，并构造DataInputStream对象PrintStreamps=newPrintSteam(con.getOutupSteam();/由URLConnection获取输出流，并构造PrintStream对象Stringline=dis.readLine();/从服务器读入一行ps.println(client);/向服务器写出字符串client其中backwards为服务器端的CGI程序。实际上，类URL的方法openSteam（）是通过URLConnection来实现的。它等价于openConnection().getInputStream();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。,9.3Socket通讯,9.3.1Socket通讯9.3.2SocketAPI9.3.3Socket通讯的一般过程9.3.4最小TCP/IP服务器9.3.5最小TCP/IP客户,9.3.1Socket通讯,网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。在传统的UNIX环境下可以操作TCP/IP协议的接口不止Socket一个，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。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。说Socket编程是低层次网络编程并不等于它功能不强大，恰恰相反，正因为层次低，Socket编程比基于URL的网络编程提供了更强大的功能和更灵活的控制，但是却要更复杂一些。当进程通过网络进行通信时，Java技术使用它的流模型。一个socket包括两个流：一个输入流和一个输出流。如果一个进程要通过网络向另一个进程发送数据，只需简单地写入与socket相关联的输出流。一个进程通过从与socket相关联的输入流读来读取另一个进程所写的数据。建立网络连接之后，使用与socket相关联的流和使用其他流是非常相似的。,9.3.2SocketAPI,java在包中提供了两个类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(InetAddressaddress,intport);Socket(InetAddressaddress,intport,booleanstream);Socket(Stringhost,intprot);Socket(Stringhost,intprot,booleanstream);Socket(SocketImplimpl)Socket(Stringhost,intport,InetAddresslocalAddr,intlocalPort)Socket(InetAddressaddress,intport,InetAddresslocalAddr,intlocalPort)ServerSocket(intport);ServerSocket(intport,intbacklog);ServerSocket(intport,intbacklog,InetAddressbindAddr),9.3.2SocketAPI,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：Socketclient=newSocket(127.0.01.,80);ServerSocketserver=newServerSocket(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。01023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。,9.3.2SocketAPI,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。下面是一个典型的创建客户端Socket的过程。