Java 網絡編程技術總結

Java 有關 UDP 和 TCP 兩種協議的網絡編程技術，在大部分情況下，很少會使用到，但是偶爾也會使用。對於大部分開發人員來說，最常遇到的使用場景有兩種：一種場景是公司的產品或項目需要跟相關的硬件進行對接，另一種場景就是需要跟其它公司進行接口對接（比如某些銀行提供的接口就要求使用 socket 對接），所以我們還是得要簡單學習和了解一下 Java 的網絡編程技術。

對於以上兩種常見的使用場景來說，我們使用 Java 網絡編程技術去解決，還是很容易的，比較容易上手。
本篇博客的主要目的在於對 Java 網絡編程進行一個簡單的總結，以便后續需要用到的時候，能夠快速找到。

一、UDP 通信

UDP 協議是一種只管傳輸，不需要回應的網絡協議，它在通信的兩端各建立一個 Socket 對象，這倆 Socket 對象都可以發送數據和接收數據，但是不需要對方的回復，因此傳輸效率很高，對於基於 UDP 協議的通信雙方而言，其實沒有所謂的客戶端和服務器的概念。Java 提供以下方法來實現 UDP 協議的通信：

方法名	說明
DatagramSocket()	創建 UDP Socket 對象
DatagramPacket(byte[] buf,int len,InetAddress add,int port)	創建數據包，指定目標主機端口
void send(DatagramPacket p)	發送數據報包
void close()	關閉連接
void receive(DatagramPacket p)	接收數據報包

發送端代碼演示：

import java.io.*;
import java.net.*;

//使用控制台，循環發送字符串數據，如果發送的是字符串 exit ，雙方服務都停止
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //使用 BufferedReader 來作為控制台的字符串輸入交互
        //使用 DatagramSocket 創建 UDP 的 Socket 對象
        try (BufferedReader bw = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
             DatagramSocket ds = new DatagramSocket()) {

            while (true) {
                String str = bw.readLine();
                byte[] bytes = str.getBytes();
                //准備給本機的 8888 端口，發送 UDP 數據，
                InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
                int port = 8888;
                //對於 UDP 協議來說，使用 DatagramPacket 來封裝要發送的數據包
                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
                ds.send(dp);

                //如果發送的是 exit 字符串，就停止發送服務
                if ("exit".equals(str)) {
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

接收端代碼演示：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

//循環接收發送來的數據，當接收到 exit 字符串時，停止服務不再接收數據
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //使用 DatagramSocket 創建 UDP 的 Socket 對象
        try (DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);) {

            while (true) {
                //使用 DatagramPacket 封裝接收的 UDP 數據包
                DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);
                ds.receive(dp);
                String result = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
                System.out.println(result);

                //如果接收到 exit 字符串，則停止服務，不再接收
                if ("exit".equals(result)) {
                    break;
                }
            }

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

以上代碼就是 Java 采用 UDP 協議進行通信的基本編碼，大家可以根據工作中的實際需要進行改進，總體來說還算比較簡單。

二、TCP 通信

TCP 協議是面向連接的通信協議，即傳輸數據之前，在發送端和接收端建立邏輯連接，然后再傳輸數據，它提供了兩台計算機之間可靠無差錯的數據傳輸。在TCP連接中必須要明確客戶端與服務器端，由客戶端向服務端發出連接請求，每次連接的創建都需要經過三次握手。

TCP 協議是我們最常使用的通信協議，對於客戶端需要創建 Socket 對象，對於服務端需要創建 ServerSocket 對象。

無論對於客戶端還是服務端，可以通過其 Scoket 對象獲取到 InputStream 流和 OutputStream 流。通過 OutputStream 流寫數據就是發送數據，通過 InputStream 流讀數據就是接收數據。對於客戶端 Socket 對象發送數據來說，需要特別注意：如果客戶端 Socket 對象后續不再發送數據的話，需要調用其 shutdownOutput 方法明確告訴服務后續不再發送數據，這樣服務端才會停止接收數據，否則服務端接收數據的代碼將會阻塞，無法繼續向下運行。下面我們還是通過代碼來演示一下吧。

客戶端代碼演示：

import java.io.*;
import java.net.Socket;

//本代碼演示客戶端通過 TCP 協議，向服務端上傳圖片文件
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args)  {

        //創建客戶端 Socket 對象，創建字節緩沖流對象讀取要上傳的圖片文件
        try (Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
                     new FileInputStream("d:\\數據產品組大合照.jpg"));) {

            //獲取 Socket 輸出流對象，用於向服務端發送數據，
            //由於該輸出流是從 Socket 中獲取，因此不需要主動關閉，
            //因為 Socket 關閉后，該輸出流會自動關閉
            BufferedOutputStream bos = 
                new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());

            byte[] bArr = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = bis.read(bArr)) != -1) {
                bos.write(bArr, 0, len);
            }
            bos.flush();

            //注意：此行代碼非常重要，告訴服務端：這邊的客戶端數據已經全部發送完畢了
            socket.shutdownOutput();

            //接收服務端返回來的消息，打印到控制台上,
            //由於該輸入流是從 Socket 中獲取，因此不需要主動關閉，
            //因為 Socket 關閉后，該輸入流會自動關閉
            BufferedReader br = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服務端的代碼演示：

import java.io.*;
import java.net.*;

//接收客戶端發送來的圖片數據，並保存到硬盤中
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //創建服務端 ServerSocket 對象，創建字節流緩沖對象把接收的圖片保存到硬盤
        try (ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                     new FileOutputStream("d:\\copy.jpg"));
             //獲取客戶端的 socket 對象
             //注意這里獲取的客戶端 Socket 對象由於在 try 小括號內初始化，
             //因此出了 try 代碼塊后，會自動關閉客戶端 Socket 對象
             //這樣客戶端那邊就可以結束了
             Socket accept = ss.accept()) {

            //接收客戶端發來的數據，保存到硬盤中
            //由於該輸入流是從 Socket 中獲取，因此不需要主動關閉，
            //因為 Socket 關閉后，該輸入流會自動關閉
            BufferedInputStream bis = 
                new BufferedInputStream(accept.getInputStream());

            byte[] bArr = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = bis.read(bArr)) != -1) {
                bos.write(bArr, 0, len);
            }

            //獲取 Socket 輸出流對象，用於向客戶端發送數據，
            //由於該輸出流是從 Socket 中獲取，因此不需要主動關閉，
            //因為 Socket 關閉后，該輸出流會自動關閉
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
                new OutputStreamWriter(accept.getOutputStream()));
            bw.write("上傳成功");
            bw.newLine();
            bw.flush();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面的服務端代碼，只能接收到一個客戶端的文件上傳，為了能夠支持多客戶端，我們可以采用線程池進行改進，首先我們先寫一個接收客戶端上傳的圖片數據，並保存到硬盤的線程類，代碼如下所示：

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class ThreadSocket implements Runnable {

    private Socket acceptSocket;

    public ThreadSocket(Socket accept) { this.acceptSocket = accept; }

    @Override
    public void run() {
        //創建字節緩沖流對象，用於向硬盤保存圖片數據
        try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                     new FileOutputStream("d:\\" + UUID.randomUUID() + ".jpg"))) {

            //接收客戶端發送過來的數據
            BufferedInputStream bis = 
                new BufferedInputStream(acceptSocket.getInputStream());

            byte[] bArr = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = bis.read(bArr)) != -1) {
                bos.write(bArr, 0, len);
            }

            //向客戶端發送消息
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(acceptSocket.getOutputStream()));
            bw.write("圖片已經上傳成功");
            bw.newLine();
            bw.flush();

            //關閉服務器接收到的客戶端 socket 對象，這個很重要，不然的話，客戶端無法結束
            acceptSocket.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

然后我們使用線程池，改進服務端代碼，這樣就可以同時接納多個客戶端上傳圖片了，代碼如下所示：

import java.net.*;
import java.util.concurrent.*;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) {

        try (ServerSocket ss = new ServerSocket(8888)) {
            //創建線程池
            ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
                    5,//核心線程數量
                    10,//線程池的總數量
                    20,//臨時線程空閑時間
                    TimeUnit.SECONDS,//臨時線程空閑時間的單位
                    new ArrayBlockingQueue<>(5),//阻塞隊列
                    Executors.defaultThreadFactory(),//創建線程的方式
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()//任務拒絕策略
            );

            while (true) {
                Socket acceptSocket = ss.accept();
                ThreadSocket ts = new ThreadSocket(acceptSocket);
                //向線程池提交任務
                pool.submit(ts);
            }

            //pool.shutdown(); //關閉線程池
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

以上就是簡單的介紹了 Java 有關 UDP 和 TCP 網絡編程的相關技術，其中 UDP 示例是發送文字信息，TCP 示例是上傳圖片文件，並采用線程池進行了改進。

有關 TCP 發送和接收文字信息，由於非常簡單，所以這里就不介紹了。之所以介紹 TCP 上傳圖片文件，是因為讓大家注意客戶端 Scoket 對象發送完數據后，要調用 shutdownOutput 告訴服務端，否則服務端是不知道客戶端已經發送完畢了。

希望以上代碼示例，大家能夠看懂，對大家有所幫助。