淺談Java程序設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)編程

摘要：網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)是現(xiàn)在比較流行的軟件研發(fā)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于如斗地主，五步棋等游戲以及即時(shí)通訊之中。本文介紹在Java語(yǔ)言中如何進(jìn)行TCP和UDP格式的網(wǎng)絡(luò)編程，通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)例演示網(wǎng)絡(luò)編程的基本方法，旨在對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程愛(ài)好者起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)包；TCP協(xié)議；UDP協(xié)議

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2012) 10-0098-01

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，對(duì)如今社會(huì)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。網(wǎng)絡(luò)編程的目的就是指直接或間接地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。網(wǎng)絡(luò)編程中有兩個(gè)主要問(wèn)題：一個(gè)是如何準(zhǔn)確地定位網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)或多臺(tái)主機(jī)，另一個(gè)就是找到主機(jī)后如何可靠高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在TCP/IP協(xié)議中IP層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的定位，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚桑蒊P地址可以唯一地確定Internet上的一臺(tái)主機(jī)。而TCP層則提供面向應(yīng)用的可靠的或非可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，這是網(wǎng)絡(luò)編程的主要對(duì)象，一般不需要關(guān)心IP層是如何處理數(shù)據(jù)的。

一、TCP和UDP協(xié)議

TCP和UDP協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議。其中TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸，它提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用。通過(guò)面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)包發(fā)送。通俗說(shuō)，它是事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開(kāi)辟出連接好的通道，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；而UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯(cuò)恢復(fù)功能。一般來(lái)說(shuō)，TCP對(duì)應(yīng)的是可靠性要求高的應(yīng)用，而UDP對(duì)應(yīng)的則是可靠性要求低、傳輸經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。TCP支持的應(yīng)用協(xié)議主要有：Telnet、FTP、SMTP等；UDP支持的應(yīng)用層協(xié)議主要有：NFS、SNMP、DNS、TFTP等。

二、網(wǎng)絡(luò)通信中Java的網(wǎng)絡(luò)類和接口

Java中有關(guān)網(wǎng)絡(luò)方面的功能都定義在java.net程序包中。Java所提供的網(wǎng)絡(luò)功能可大致分為三大類：

（一）URL和URLConnection：使用Socket類進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程相當(dāng)麻煩。對(duì)已經(jīng)存在的協(xié)議，程序員應(yīng)當(dāng)了解它的每一段代表的含義，改而使用URL類可以很大程度上免去這些麻煩。

1.URL類

URL是類URL表示統(tǒng)一資源定位器，即指向網(wǎng)上某處資源的指針。一個(gè)URL包括協(xié)議名和主機(jī)名，有些還包括特定的端口號(hào)。

2.URLConnection類

通過(guò)URL的方法openStream()，只能從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)，如果同時(shí)還想輸出數(shù)據(jù)，例如向服務(wù)器的CGI程序發(fā)送一些數(shù)據(jù)，則必須先與URL建立連接，然后才能對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)，這時(shí)就要用到URLConnection類了。CGI是公共網(wǎng)關(guān)接口的簡(jiǎn)稱，它是用戶瀏覽器和服務(wù)器端的應(yīng)用程序進(jìn)行連接的接口。

URLConnection類可以由兩種方式構(gòu)建：一種是通過(guò)一個(gè)URL實(shí)例openConnection()方法返回一個(gè)，另一種是直接通過(guò)new URLConnection(URL ul)來(lái)創(chuàng)建。URLConnection實(shí)例不僅可以實(shí)現(xiàn)接收消息，還可以發(fā)送消息。

（二）Socket：又稱套接字，是網(wǎng)絡(luò)編程中最原始的通信方式之一。一個(gè)套接字通常包含一個(gè)IP地址和一個(gè)端口地址，后者一般對(duì)應(yīng)著某個(gè)應(yīng)用程序。因此如果要進(jìn)行Socket編程，首先要確定端口。一般來(lái)說(shuō)，1024以下的端口已經(jīng)被指定為固定的服務(wù)類型，如果用戶要開(kāi)發(fā)自己的交流平臺(tái)，必須使用之后的端口地址。

套接字（Socket）允許程序把網(wǎng)絡(luò)連接當(dāng)成一個(gè)流，可以向這個(gè)流寫(xiě)字節(jié)，也可以從這個(gè)流讀取字節(jié)。Java的Socket類提供了豐富的功能。服務(wù)器使用的一般是ServerSocket，通過(guò)連接使雙方都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)實(shí)例，對(duì)實(shí)例進(jìn)行操作來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。大部分工作都是在抽象類SocketImpl中定義的。

任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序都離不開(kāi)連接的建立、讀寫(xiě)操作、關(guān)閉，程序還分為客戶和服務(wù)器兩種類型。除了關(guān)閉操作可以簡(jiǎn)單地使用Close()方法外，讀寫(xiě)操作都不是一句話說(shuō)得完的。

（三）Datagram：是一種面向無(wú)連接的通信方法。它基于UDP協(xié)議，不需要建立和釋放連接，每次通信時(shí)只要構(gòu)造一個(gè)DatagramPacket實(shí)例發(fā)送出去，對(duì)方同樣構(gòu)造一個(gè)DatagramPacket實(shí)例接收。以Datagram方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，只是把數(shù)據(jù)的目的地記錄在數(shù)據(jù)包中，然后就直接放在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，系統(tǒng)不保證數(shù)據(jù)一定能夠安全送到，也不能確定什么時(shí)候可以送到。

三、Java實(shí)現(xiàn)加密

Java的網(wǎng)絡(luò)功能十分強(qiáng)大，還體現(xiàn)在作用它可以輕松實(shí)現(xiàn)各種加密算法。如今加密算法大致可分為兩類：對(duì)稱加密和公鑰加密。

對(duì)稱加密，發(fā)送方和接收方使用同樣的密鑰，前者用它來(lái)加密，后者則用它解密。這樣做本來(lái)是很安全的，例如3DES的密鑰為112位，這樣的組合數(shù)大約是5×1033，幾乎不可能被攻破。但是密鑰總要在雙方交換，因此交換途徑的保密性就很關(guān)鍵，使用人工固然安全卻麻煩，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸雖方便但危險(xiǎn)。故如今網(wǎng)絡(luò)上大多使用公鑰加密方式。

公鑰加密的優(yōu)點(diǎn)在于，加密和解密的密鑰是不同的，前者稱為公鑰，后者稱為私鑰。公鑰，顧名思義，是可以公開(kāi)的，一臺(tái)電腦里可能存放了很多遠(yuǎn)程通訊方提供的公鑰。

公鑰解密還可以用在數(shù)字簽名上，這時(shí)的動(dòng)作是相反的：用私鑰加密，和用公鑰解密。Java里用于實(shí)現(xiàn)這方面功能的是java.security軟件包。

綜上所述，Java網(wǎng)絡(luò)編程主要基于TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，TCP協(xié)議提供高可靠性服務(wù)，適用于一次要傳輸交換大量報(bào)文的情況，信道上傳遞的包不需要源地址和目的地址，UDP協(xié)議提供高效率服務(wù)，適用于依次傳輸交換少量報(bào)文的情形，每個(gè)數(shù)據(jù)包含目的的地址和端口號(hào)，Java支持網(wǎng)絡(luò)通信的類在java.net包中。

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