第十一章：Java網絡程式設計

在現代網際網路時代，網絡程式設計成為了軟體開發中不可或缺的一部分。Java作為一種廣泛應用于各個領域的程式設計語言，提供了強大的網絡程式設計功能。本章将介紹Java網絡程式設計的基礎知識、程式設計模型、相關類和執行個體應用。

11.1 Java的網絡基礎

在開始學習Java網絡程式設計之前，我們首先需要了解一些基本的網絡概念。這些概念包括IP位址、端口号、協定等。

IP位址是用于唯一辨別網絡中的主機的一串數字。在IPv4版本中，IP位址由四個由點分隔的數字組成，每個數字的取值範圍為0到255，例如：192.168.0.1。而在IPv6版本中，IP位址由八組由冒号分隔的十六進制數字組成，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

端口号用于辨別主機上具體的網絡服務。在Java中，端口号的取值範圍是0到65535，其中0到1023是預留端口，用于辨別一些常用的服務，例如80表示HTTP服務，443表示HTTPS服務等。

協定定義了在網絡中資料傳輸的規則和方式。在Java網絡程式設計中，常用的協定包括TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。TCP協定提供可靠的、面向連接配接的資料傳輸，适用于對資料傳輸的可靠性有較高要求的場景；而UDP協定則提供不可靠的、面向無連接配接的資料傳輸，适用于對實時性要求較高、對資料傳輸可靠性要求較低的場景。

11.2 Java的網絡程式設計模型

Java的網絡程式設計模型主要包括三個關鍵的角色：用戶端、伺服器和套接字。

用戶端是發起網絡請求的一方。在Java中，我們可以使用Socket類來建立用戶端，通過與伺服器建立連接配接并發送請求，實作與伺服器的通信。

伺服器是接收用戶端請求并提供相應的一方。在Java中，我們可以使用ServerSocket類來建立伺服器，監聽指定的端口号，接收用戶端的連接配接請求，并通過與用戶端建立的連接配接進行通信。

套接字是用戶端和伺服器之間進行通信的一種機制。在Java中，Socket和ServerSocket就是套接字的具體實作，它們提供了一組方法，用于建立連接配接、發送和接收資料。

Java的網絡程式設計

11.3 Java的網絡程式設計類

Java提供了一些用于網絡程式設計的核心類，這些類位于java.net包中。下面是一些常用的網絡程式設計類：

• Socket：用于建立用戶端套接字，建立與伺服器的連接配接，并進行資料的發送和接收。
• ServerSocket：用于建立伺服器套接字，監聽指定的端口号，接收用戶端的連接配接請求，并進行資料的發送和接收。
• InetAddress：表示網絡中的IP位址，提供了與IP位址相關的方法，如擷取主機名、IP位址的字元串表示等。
• URL：用于表示統一資源定位符，可以通過URL擷取遠端伺服器上的資料。
• URLConnection：表示應用程式和URL之間的通信連結，可用于發送和接收資料。
• DatagramSocket：用于建立UDP套接字，實作面向無連接配接的資料傳輸。
• DatagramPacket：表示UDP資料包，包含了要發送或接收的資料和目标位址等資訊。

這些類提供了豐富的方法和功能，用于在Java中進行網絡通信和資料傳輸。

11.4 Java的網絡程式設計執行個體

Java的網絡程式設計可以應用于各種實際場景，例如聊天室、檔案傳輸和網頁浏覽等。下面以聊天室為例，簡要介紹Java網絡程式設計的實作過程。

11.4.1 伺服器端實作

首先，我們需要建立一個伺服器端程式，用于接收用戶端的連接配接請求并處理用戶端發送的消息。以下是一個簡單的伺服器端實作：

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

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 建立伺服器套接字，監聽指定端口号
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("伺服器已啟動，等待用戶端連接配接...");

            while (true) {
                // 接受用戶端的連接配接請求
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("用戶端已連接配接，位址：" + socket.getInetAddress());

                // 處理用戶端消息的線程
                ServerThread serverThread = new ServerThread(socket);
                serverThread.start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
           

在伺服器端程式中，我們建立了一個ServerSocket對象并指定了監聽的端口号。通過調用accept()方法，伺服器将一直等待用戶端的連接配接請求，一旦有用戶端連接配接成功，就會建立一個新的Socket對象，并将其交給一個新的線程處理。

11.4.2 用戶端實作

接下來，我們需要建立一個用戶端程式，用于與伺服器建立連接配接并發送消息。以下是一個簡單的用戶端實作：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
        try {
            // 建立用戶端套接字，指定伺服器位址和端口号
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
            System.out.println("成功連接配接到伺服器...");

            // 建立輸入流和輸出流
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

            // 讀取使用者輸入并發送消息給伺服器
            BufferedReader userInput = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            String message;
            while ((message = userInput.readLine()) != null) {
                writer.println(message);
                writer.flush();

                // 接收伺服器傳回的消息并列印
                String response = reader.readLine();
                System.out.println("伺服器傳回：" + response);
            }

            // 關閉連接配接
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}           

在用戶端程式中，我們建立一個Socket對象，并指定伺服器的位址和端口号。通過getInputStream()和getOutputStream()方法擷取輸入流和輸出流，用于與伺服器進行資料的發送和接收。

用戶端通過BufferedReader從控制台讀取使用者輸入的消息，并通過PrintWriter将消息發送給伺服器。同時，用戶端也會接收伺服器傳回的消息，并将其列印到控制台。

以上就是一個簡單的聊天室示例，通過伺服器和用戶端之間的網絡連接配接，實作了雙向的消息傳遞。

結論

Java網絡程式設計是一項重要的技能，在現代網際網路應用開發中具有廣泛的應用。本章介紹了Java網絡程式設計的基礎知識、程式設計模型、相關類和執行個體應用。通過學習和實踐，您可以掌握Java網絡程式設計的核心概念和技術，為建構強大的網絡應用奠定基礎。

希望本章的内容對于您了解和學習Java網絡程式設計有所幫助！如果您對網絡程式設計還有更深入的需求，可以進一步探索更多相關的技術和應用。