17. Java 网络编程

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Java SE 提供 java.net 包，其中包含了网络编程所需要的最基础一些类和接口。

这些类和接口面向两个不同的层次：基于 Socket 的低层次网络编程和基于 URL 的高层次网络编程，所谓高低层次就是通信协议的高低层次，Socket 采用 TCP、UDP 等协议，这些协议属于低层次的通信协议；URL 采用 HTTP 和 HTTPS 这些属于高层次的通信协议。低层次网络编程，因为它面向底层，比较复杂，但是“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 编程与基于 UR L的高层次网络编程比较，能够提供更强大的功能和更灵活的控制，但是要更复杂一些。

数据交换格式

数据交换格式主要分为纯文本格式、XML 格式和 JSON 格式，其中纯文本格式是一种简单的、无格式的数据交换方式。

JSON 文档结构

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式。所谓轻量级，是与 XML 文档结构相比而言的，描述项目的字符少，所以描述相同数据所需的字符个数要少，那么传输速度就会提高，而流量却会减少。

构成 JSON 文档的两种结构为对象和数组。对象是“名称-值”对集合，它类似于Java中Map类型，而数组是一连串元素的集合。

JSON 对象

对象是一个无序的“名称/值”对集合，一个对象以{（左括号）开始，}（右括号）结束。每个“名称”后跟一个:（冒号），“名称-值”对之间使用,（逗号）分隔。JSON 对象的语法表如图。

JSON 对象

JSON 数组

数组是值的有序集合，以[（左中括号）开始，]（右中括号）结束，值之间使用,（逗号）分隔。JSON数组的语法表如图17-6所示。
JSON 数组

在数组中，值可以是双引号括起来的字符串、数值、true、false、null、对象或者数组，而且这些结构可以嵌套。数组中值的JSON语法结构如图所示。

使用第三方 JSON 库

JSON-java 库

目前 Java 官方没有提供 JSON 编码和解码所需要的类库，所以需要使用第三方 JSON 库，笔者推荐 JSON-java 库，JSON-java 库提供源代码，最重要的是不依赖于其他第三方库。

在https://github.com/stleary/JSON-java下载源代码, 然后创建org.json包并复制源代码文件到对应包即可。

gson

google/gson

fastjson

alibaba/fastjson 是阿里巴巴的开源 JSON 解析库，它可以解析JSON格式的字符串，支持将 Java Bean 序列化为 JSON 字符串，也可以从 JSON 字符串反序列化到 JavaBean。

TCP 和 UDP

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议。

UDP 的主要特点包括：

  1. 无连接：在发送数据之前不需要建立连接，数据可以直接发送。
  2. 不可靠：它不保证数据的可靠传输，可能会出现数据丢失的情况。
  3. 高效：UDP 协议简单，数据传输效率相对较高。
  4. 实时性好：适用于对实时性要求较高的场景，如实时视频、音频传输等。
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// UDP 接收
DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(8888);
byte[] bytes = new byte[1024];
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
datagramSocket.receive(datagramPacket);
String msg = new String(bytes);
System.out.println(msg);
datagramSocket.close();
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// UDP 发送
DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String s = scanner.nextLine();
byte[] sendText = s.getBytes();
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(sendText, sendText.length, InetAddress.getLocalHost(), 8888);
datagramSocket.send(datagramPacket);
datagramSocket.close();

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。

TCP 的主要特点有：

  1. 面向连接：在数据传输之前需要先建立连接。
  2. 可靠传输：通过确认、重传等机制保证数据的准确送达。
  3. 有序性：保证数据按发送顺序到达接收方。
  4. 流量控制：确保发送方不会发送过快导致接收方无法处理。
  5. 拥塞控制：根据网络拥塞情况调整发送速率。
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// TCP 接收
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
Socket accept = serverSocket.accept();
InputStream inputStream = accept.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
int read = inputStream.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes, 0, read));
inputStream.close();
serverSocket.close();
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// TCP 发送
Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
outputStream.write("hello".getBytes());
outputStream.close();
socket.close();

访问互联网资源

URL 概念

Java 的 java.net 包中还提供了高层次网络编程类——URL，通过 URL 类访问互联网资源。使用URL进行网络编程，不需要对协议本身有太多的了解，相对而言是比较简单的。

互联网资源是通过 URL 指定的，URL 是 Uniform Resource Locator 简称，翻译过来是“一致资源定位器”，但人们都习惯URL 简称。
URL 组成格式如下：协议名://资源名
例如：http://www.sina.com/

直接使用 URL 发送 GET 请求

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// 打开到此 URL 的连接，并返回一个输入流。
URL reqURL = new URL(url);
InputStream is = reqURL.openStream();  // = openConnection().getInputStream();

使用 HttpURLConnection 发送 GET 请求

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URL reqURL = new URL(url);
HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) reqURL.openConnection();
conn.setRequestMethod("GET");
// 打开网络通信输入流
InputStream is = conn.getInputStream();
...

使用 HttpURLConnection 发送 POST 请求

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URL reqURL = new URL(urlString);
conn = (HttpURLConnection) reqURL.openConnection();
// conn 设置
conn.setRequestMethod("POST");
conn.setDoOutput(true);

String param = "email=%xxx&action=%bbb";
// 将请求参数发送给服务器
DataOutputStream dStream = new DataOutputStream(conn.getOutputStream());
dStream.writeBytes(param);
dStream.close();

// 打开网络通信输入流
InputStream is = conn.getInputStream();
...

实例：Downloader(案例结合了流的读入写出)

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private static void downloadFromURL(String urlString) throws IOException {
    URL url = new URL(urlString);
    HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url
            .openConnection();

    String fileName = "D:/"
            + urlString.substring(urlString.lastIndexOf("/"));

    try (InputStream is = connection.getInputStream();
            OutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                    new FileOutputStream(fileName))) {
        byte[] bytes = new byte[4096];
        int len;
        while ((len = is.read(bytes)) != -1) {
            bos.write(bytes, 0, len);
        }
    } finally {
        if (connection != null) {
            connection.disconnect();
        }
    }
}

参考

第 17 章　网络编程-图灵社区
http://www.ituring.com.cn/book/tupubarticle/17748