Java(1.8)高级特性-网络

网络编程涉及到了最基础的Socket编程，以及基于次的网络服务。下面将介绍在Java中如何实现Socket以及一些简单的网络客户端和服务端。

Socket

1. 连接
   Socket类是Java中实现的基本的网络编程类，可以通过地址和端口来进行初始化，连接到该服务器的端口上，也可以使用无参构造函数，再调用connect()方法连接上服务器。两者的区别是当直接使用带参构造函数去初始化Socket时，进程会一直阻塞直到连接上服务器，而如果是在使用无参构造函数创建Socket后调用connect()方法，可以设置连接的时间限制，当超过时间后就会抛出IOException。

Socket s1=new  Socket(String host,int port);
Socket s2=new Socket();
s2.connect(host,port,1000);//时限为1秒钟

2. 通信
   当Socket对象连接上服务器后，就可以通过socket.getInputStream()和socket.getOutputStream()与服务器进行数据传输。这两个方法返回的是(In|Out)putStream对象，可以使用输入输出流的处理方法来进行读写。最后通过socket.close()来关闭。
3. 其余方法
   此外，Socket类还实现了一些有助于平常使用的方法。

public InetAddress getInetAddress();//获取socket连接的服务器地址
public int getPort();//获取socket连接的服务器端口
public InetAddress getLocalAddress();//获取socket连接的本地的地址
public int getLocalPort();
public boolean isClosed();
...

ServerSocket

1. 创建
   服务器程序会在某个端口等待用户程序的连接，在创建ServerSocket的时候，可以进行端口指定。
   创建完ServerSocket对象后，通过调用s.accept()方法来等待用户程序连接上服务器。该方法阻塞进程直到用户连接，并返回一个Socket对象。获取到Socket对象后就可以通过输入输出流向用户程序进行读写。

ServerSocket ss=new ServerSocket(port);
Socket s=ss.accept();
InputStream in=s.getInputStream();
OutputStream out=s.getOutputStream();

2. 并发处理
   当要同时处理多个用户程序连接服务器的时候，可以在获得Socket对象后创建线程来处理该Socket的读写。

while(ture){
  Socket s=ss.accept();
  Thread t=new Thread(
    public void run(){
      //input and output
    }
  );
  t.start();
}

3. 半关闭
   Socket对象提供了只关闭输入/输出流其中之一而不断开连接的方法，即shutdown(In|Out)put()，在断开后，任何输入或输出都将会被抛弃。断开后没有办法再重新连接上，因此这种方法只适用于一站式的服务。

因特网地址

Java中提供了InetAddress和InetSocketAddress类来表示因特网地址。其中InetSocketAddress类单纯地用来表示一个地址，即ip:port。InetAddress用来表示一个ip，并提供了用于获得域名对应的ip等功能。

public boolean isReachable(int timeout) throws IOException;
public String getHostName();
public static InetAddress getByName(String host);
//获取一个域名所有的ip地址
public static InetAddress[] getAllByName(String host);
//获取本地的ipv4地址
public static InetAddress getLocalHost() throws UnknownHostException;
... 

获取Web服务

使用Socket只能与指定的ip:port进行通信，而无法获得服务器特定目录下的资源，即无法通过URL获得资源（？）。URI是统一资源标识符，其中能够定位到数据的称为URL（统一资源定位符），不能定位到数据的称为URN（统一资源名称）。
Java提供了URL类对URL进行访问，提供了URI类对标识符进行解析。

1. URI
   一个URI具有这样的格式，[scheme:]schemeSpecificPart[#fragment]，其中[...]表示可选的部分，并且:和#可以被包含在标识符内。包含[scheme:]部分的为绝对URI，否则为相对URI，其中schemeSpecificPart以/开头的绝对URI为不透明的，例如mailto:cay@test.com。所有透明的绝对URI和所有相对URI都是分层的，如https://test.com/index 、 ../../java/net/Socket.html#Socket()。一个分层的URI的schemeSpecificPart具有这样的格式，[//authority][path][?query]，基于服务器的URI的authority部分具有这样的格式[user-info@]host[:port]。
   URI类提供了解析标识符和处理相对（绝对）标识符的功能。其中resolve()方法提供了解析相对URI，将其生成绝对URI的方法，relativize()方法提供了相对化方法，将绝对URI生成相对URI。比如，b/c以https://a.com/b为参数调用resolve()将得到https://a.com/b/c；https://a.com/b/c以https://a.com/b为参数调用relativize()将得到c。

public String getSchemeSpecificPart();
public String getAuthority();
public String getUserInfo();
public String getHost();
public int getPort();
...

2. URL
   URL类提供了从给定url获得资源的方法。URL提供了与URI类似的解析标识符的方法，此外还可以通过调用openStream()获得InputStream对象来获取资源内容。不过URL类没有提供输出的方法，想要和服务器进一步交互，可以调用openConnection()方法来获得URLConnection对象来进一步操作。

URL url = new URL(urlString);
InputStream in = url.openStream();

3. URLConnection
   该类提供了向服务器输出和接收服务器输入的功能。操作URLConnection需要遵循一下几个步骤：
   ⑴ 调用URL的openConnection()来获得 URLConnection对象。
   ⑵ 设置参数和请求的属性。
   ⑶ 调用connect()连接远程资源。
   ⑷ 建立连接后就可以查询头信息和访问资源数据。

• 参数和请求头属性
  该类提供了一下方法设置参数和请求头属性（比如http header），setter都有对应的getter。默认情况下，建立的连接只允许从服务器接收输入流，如果想要向服务器发送数据，需要先设置setDoOutput(true)。修改请求头属性使用了键值对来进行修改，如果一个键可以有多个对应的值，则将值用list包装即可。

public void setAllowUserInteraction();
public void setDoInput();
public void setDoOutput();
public void setIfModifiedSince();//连接只对某个特定日期以来修改过的数据感兴趣
public void setUseCaches();
//修改请求头属性
public void addRequestProperty(String key, String value);

• 建立连接后的查询访问
  建立连接后，该类还提供了如下方法进行头部的信息查询。

public Object getContent();
public String getHeaderField();
public InputStream getInputStream();
public  OutputStream getOutputStream();
public String getContentEncoding();
public int getContentLength();
public String getContentType();
public long getDate();
public long getExpiration();
public long getLastModifed();

4. 提交表单
   想服务器提交表单有Get和Post两种方法。

• Get
  对于Get方法来说，只需要遵循下面的规则将参数附在URL结尾处。
  ⑴ 保留字符A-Z、a-z、0-9、.、-、~、_。
  ⑵ 用+字符替换所有空格。
  ⑶ 将其他所有字符编码为UTF-8，并将每个字节都编码为%后面紧跟一个两位的十六进制数字。
  例如San Francisco,CA，可以使用San+Francisco%2+CA。
• Post
  Post方法将参数写入到输出流中，不在URL上显示长串的参数键值对。

URL url=new URL(urlString);
URLConnection connection=url.openConnection();
connection.setDoOutput(true);
PrintWriter out=new PrintWriter(connection.getOutputStream(),"utf-8");
out.print(name1+"="+URLEncoder.encode(value1,"utf-8")+"&");
out.print(name2+"="+URLEncoder.encode(value2,"utf-8"));
out.close();

• 重定向
  服务器程序相应可能会产生重定向，重定向一般都是自动处理的，但是有些情况下，比如http与https之间的重定向因为安全原因不被支持，所以需要自己手动进行重定向。下面是手动处理重定向的步骤。

//在连接前关闭自动重定向
connection.setInstanceFollowRedirects(false);
//在发送请求之后获取相应码
int responseCode=connection.getResponseCode();
//如果是HttpURLConnection.HTTP_MOVED_PERM
//或HttpURLConnection.HTTP_MOVED_TEMP
//或HttpURLConnection.HTTP_SEE_OTHER
//就获取Location响应头，获得重定向URL，断开连接，创建到新的URL连接
String location=connection.getHeaderField("Location");
if(location!=null){
  URL base=connection.getURL();
  connection.disconnect();
  connection=(HttpURLConnection) new URL(base,location).openConnection();
}

HTTP

HTTP有0.9、1.0、1.1、2.0这几个版本。

1. HTTP 0.9
   HTTP 0.9是第一个HTTP协议的版本，只支持GET请求，不支持请求头且没有协议头，只支持纯文本内容。该版本的协议就已经支持了无状态特性，事务结束就关闭请求，访问地址不存在也不会返回错误信息。
2. HTTP 1.0
   HTTP 1.0在0.9的版本上支持了请求和响应头部、响应以一个响应状态行开始、响应信息不仅限于超文本、支持了POST请求。该版本默认使用了短连接，每次请求建立一个TCP连接。
3. HTTP 1.1
   新增了keep alive、chunked编码传输、字节范围请求、请求流水线等特性。还支持了HOST域（即一个IP下可能有多个服务器，通过主机名指定）、增加了connect/trace/delete/put/options的请求方法。

• keep alive
  该版本的HTTP协议默认使用长连接，即事务完成后不断开连接，除非客户端或服务器主动断开。
• chunked编码传输
  该特性使得传输对象可以分块传输并标明长度，当长度表明为0时说明传输结束。
• 字节范围请求
  当客户端已有请求对象的一部分内容时，可以向服务器请求其余部分的内容，而不用重新传输整个对象。

4. HTTP 2.0
   该协议是下一代HTTP协议，以下是其特性。

• 多路复用，将HTTP 1.1的包分为两帧，头部放在header帧，数据放在data帧，以实现加大带宽，降低延迟的目的。
• 所有通信在一个连接上完成，该连接可以承载任意数量的双向传输，每个消息被分成多帧传输，到达后根据头部的信息进行重新组装。
• 头部压缩，当一个客户端向同一服务器请求时，数据包的头部是相似的，HTTP 2.0提供了压缩的方法。
• 随时复位，HTTP 2.0可以随时停止一个TCP连接的传输，在不中断的情况下传输新的内容。
• 服务器端推流，客户端向服务器请求一个资源，服务器判断该客户端可能用到的其他资源，一并发送给客户端，客户端进行缓存。
• 优先权和依赖，可以指明哪些资源优先级更高，可以更快得到处理。

HTTP包结构

一个HTTP包由一下部分构成：起始行、一个或多个头域、一个空行表示头域的结束、实体消息。

GET http://download.microtool.de:80/somedata.exe
Host: download.microtool.de
Accept:*/*
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
Referer: http://download.microtool.de/
User-Agent:Mozilla/4.04[en](Win95;I;Nav)
Range:bytes=554554-

HTTP包的第一行为起始行，请求包的起始行包含请求方法、URL、HTTP版本；响应包的起始行包含HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase，HTTP-Version表示支持的HTTP版本、Status-Code表示三位数字的结果代码、Reason-Phrase对结果代码的文本描述等。
上述请求包中Host、Accept、Pragma就为头域，通过<key>:<value>的形式表示。
头域可以分为通用头域、请求头域、响应头域和实体头域。

• 通用头域：Date表示消息发送的时间、Pragma实现特定的指令比如Pragma:no-cache、Connection表示连接状态等。
• 请求头域：Host表示请求资源的URL、Accept表示自己接收什么文件、Accept-Charset表示接收文件的编码格式、Authorization用来将身份验证信息发给服务器等。
• 响应头域：Age、Location、Proxy-Authenticate、Public等。
• 实体头域：请求消息和响应消息都可以包含实体信息，实体信息一般由实体头域和实体组成，Content-Type实体的介质类型、Content-Length表示实际传送的实体长度等。