概述

Java 語言從誕生的那天起，就非常注重網絡編程方面的應用。隨著互聯網應用的飛速發展，Java 的基礎類庫也不斷地對網絡相關的 API 進行加強和擴展。在 Java SE 6 當中，圍繞著 HTTP 協議出現了很多實用的新特性：NTLM 認證提供了一種 Window 平臺下較為安全的認證機制；JDK 當中提供了一個輕量級的 HTTP 服務器；提供了較為完善的 HTTP Cookie 管理功能；更為實用的 NetworkInterface；DNS 域名的國際化支持等等。

NTLM 認證

不可避免，網絡中有很多資源是被安全域保護起來的。訪問這些資源需要對用戶的身份進行認證。下面是一個簡單的例子：

當 Java 程序試圖從一個要求認證的網站讀取信息的時候，也就是說，從聯系于 http://Protected.com 這個 URLConnection 的 InputStream 中 read 數據時，會引發 FileNotFoundException。盡管筆者認為，這個 Exception 的類型與實際錯誤發生的原因實在是相去甚遠；但這個錯誤確實是由網絡認證失敗所導致的。

要解決這個問題，有兩種方法：

其一，是給 URLConnection 設定一個“Authentication”屬性：

這里假設 http://PROTECTED.COM 使用了基本（Basic）認證類型。

從上面的例子，我們可以看出，設定 Authentication 屬性還是比較復雜的：用戶必須了解認證方式的細節，才能將用戶名/密碼以一定的規范給出，然后用特定的編碼方式加以編碼。Java 類庫有沒有提供一個封裝了認證細節，只需要給出用戶名/密碼的工具呢？

這就是我們要介紹的另一種方法，使用 java.net.Authentication 類。

每當遇到網站需要認證的時候，HttpURLConnection 都會向 Authentication 類詢問用戶名和密碼。

Authentication 類不會知道究竟用戶應該使用哪個 username/password 那么用戶如何向 Authentication 類提供自己的用戶名和密碼呢?

提供一個繼承于 Authentication 的類，實現 getPasswordAuthentication 方法，在 PasswordAuthentication 中給出用戶名和密碼：

然后，將它設為默認的（全局）Authentication:

那么，不同的網站需要不同的用戶名/密碼又怎么辦呢?

Authentication 提供了關于認證發起者的足夠多的信息，讓繼承類根據這些信息進行判斷，在 getPasswordAuthentication 方法中給出了不同的認證信息：

• getRequestingHost()
• getRequestingPort()
• getRequestingPrompt()
• getRequestingProtocol()
• getRequestingScheme()
• getRequestingURL()
• getRequestingSite()
• getRequestorType()

另一件關于 Authentication 的重要問題是認證類型。不同的認證類型需要 Authentication 執行不同的協議。至 Java SE 6.0 為止，Authentication 支持的認證方式有：

• HTTP Basic authentication
• HTTP Digest authentication
• NTLM
• Http SPNEGO Negotiate
• Kerberos
• NTLM

這里我們著重介紹 NTLM。

NTLM 是 NT LAN Manager 的縮寫。早期的 SMB 協議在網絡上明文傳輸口令，這是很不安全的。微軟隨后提出了 WindowsNT 挑戰/響應驗證機制，即 NTLM。

NTLM 協議是這樣的：

1. 客戶端首先將用戶的密碼加密成為密碼散列；
2. 客戶端向服務器發送自己的用戶名，這個用戶名是用明文直接傳輸的；
3. 服務器產生一個 16 位的隨機數字發送給客戶端，作為一個 challenge（挑戰） ；
4. 客戶端用步驟1得到的密碼散列來加密這個 challenge ，然后把這個返回給服務器；
5. 服務器把用戶名、給客戶端的 challenge 、客戶端返回的 response 這三個東西，發送域控制器 ；
6. 域控制器用這個用戶名在 SAM 密碼管理庫中找到這個用戶的密碼散列，然后使用這個密碼散列來加密 challenge；
7. 域控制器比較兩次加密的 challenge ，如果一樣，那么認證成功；

Java 6 以前的版本，是不支持 NTLM 認證的。用戶若想使用 HttpConnection 連接到一個使用有 Windows 域保護的網站時，是無法通過 NTLM 認證的。另一種方法，是用戶自己用 Socket 這樣的底層單元實現整個協議過程，這無疑是十分復雜的。

終于，Java 6 的 Authentication 類提供了對 NTLM 的支持。使用十分方便，就像其他的認證協議一樣：

這里，根據 Windows 域賬戶的命名規范，賬戶名為域名+”/”+域用戶名。如果不想每生成 PasswordAuthentication 時，每次添加域名，可以設定一個系統變量名“http.auth.ntlm.domain“。

Java 6 中 Authentication 的另一個特性是認證協商。目前的服務器一般同時提供幾種認證協議，根據客戶端的不同能力，協商出一種認證方式。比如，IIS 服務器會同時提供 NTLM with kerberos 和 NTLM 兩種認證方式，當客戶端不支持 NTLM with kerberos 時，執行 NTLM 認證。

目前，Authentication 的默認協商次序是：

那么 kerberos 的位置究竟在哪里呢?

事實上，GSS/SPNEGO 以 JAAS 為基石，而后者實際上就是使用 kerberos 的。

輕量級 HTTP 服務器

Java 6 還提供了一個輕量級的純 Java Http 服務器的實現。下面是一個簡單的例子：

然后，在瀏覽器中訪問 http://localhost:7778/myapp/，我們得到：

首先，HttpServer 是從 HttpProvider 處得到的，這里我們使用了 JDK 6 提供的實現。用戶也可以自行實現一個 HttpProvider 和相應的 HttpServer 實現。

其 次，HttpServer 是有上下文（context）的概念的。比如，http://localhost:7778/myapp/ 中“/myapp/”就是相對于 HttpServer Root 的上下文。對于每個上下文，都有一個 HttpHandler 來接收 http 請求并給出回答。

最后，在 HttpHandler 給出具體回答之前，一般先要返回一個 Http head。這里使用 HttpExchange.sendResponseHeaders(int code, int length)。其中 code 是 Http 響應的返回值，比如那個著名的 404。length 指的是 response 的長度，以字節為單位。

Cookie 管理特性

Cookie 是 Web 應用當中非常常用的一種技術， 用于儲存某些特定的用戶信息。雖然，我們不能把一些特別敏感的信息存放在 Cookie 里面，但是，Cookie 依然可以幫助我們儲存一些瑣碎的信息，幫助 Web 用戶在訪問網頁時獲得更好的體驗，例如個人的搜索參數，顏色偏好以及上次的訪問時間等等。網絡程序開發者可以利用 Cookie 來創建有狀態的網絡會話（Stateful Session）。 Cookie 的應用越來越普遍。在 Windows 里面，我們可以在“Documents And Settings”文件夾里面找到IE使用的 Cookie，假設用戶名為 admin，那么在 admin 文件夾的 Cookies 文件夾里面，我們可以看到名為“admin@(domain)”的一些文件，其中的 domain 就是表示創建這些 Cookie 文件的網絡域， 文件里面就儲存著用戶的一些信息。

JavaScript 等腳本語言對 Cookie 有著很不錯的支持。 .NET 里面也有相關的類來支持開發者對 Cookie 的管理。 不過，在 Java SE 6 之前， Java一直都沒有提供 Cookie 管理的功能。在 Java SE 5 里面， java.net 包里面有一個 CookieHandler 抽象類，不過并沒有提供其他具體的實現。到了 Java SE 6， Cookie 相關的管理類在 Java 類庫里面才得到了實現。有了這些 Cookie 相關支持的類，Java 開發者可以在服務器端編程中很好的操作 Cookie， 更好的支持 HTTP 相關應用，創建有狀態的 HTTP 會話。

• 用 HttpCookie 代表 Cookie

  java.net.HttpCookie 類是 Java SE 6 新增的一個表示 HTTP Cookie 的新類， 其對象可以表示 Cookie 的內容， 可以支持所有三種 Cookie 規范：

  • Netscape 草案
  • RFC 2109 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2109.txt
  • RFC 2965 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2965.txt

  這個類儲存了 Cookie 的名稱，路徑，值，協議版本號，是否過期，網絡域，最大生命期等等信息。

• 用 CookiePolicy 規定 Cookie 接受策略

  java.net.CookiePolicy 接口可以規定 Cookie 的接受策略。 其中唯一的方法用來判斷某一特定的 Cookie 是否能被某一特定的地址所接受。 這個類內置了 3 個實現的子類。一個類接受所有的 Cookie，另一個則拒絕所有，還有一個類則接受所有來自原地址的 Cookie。

• 用CookieStore 儲存 Cookie

  java.net.CookieStore 接口負責儲存和取出 Cookie。 當有 HTTP 請求的時候，它便儲存那些被接受的 Cookie； 當有 HTTP 回應的時候，它便取出相應的 Cookie。 另外，當一個 Cookie 過期的時候，它還負責自動刪去這個 Cookie。

• 用 CookieManger/CookieHandler 管理 Cookie

  java.net.CookieManager 是整個 Cookie 管理機制的核心，它是 CookieHandler 的默認實現子類。下圖顯示了整個 HTTP Cookie 管理機制的結構：

  
  
  圖 2. Cookie 管理類的關系
  
  
  

  一個 CookieManager 里面有一個 CookieStore 和一個 CookiePolicy，分別負責儲存 Cookie 和規定策略。用戶可以指定兩者，也可以使用系統默認的 CookieManger。

• 例子

  下面這個簡單的例子說明了 Cookie 相關的管理功能：

// 創建一個默認的 CookieManager
CookieManager manager = new CookieManager();

// 將規則改掉，接受所有的 Cookie
manager.setCookiePolicy(CookiePolicy.ACCEPT_ALL);

// 保存這個定制的 CookieManager
CookieHandler.setDefault(manager);
        
// 接受 HTTP 請求的時候，得到和保存新的 Cookie
HttpCookie cookie = new HttpCookie("(name)","(value)");
manager.getCookieStore().add(uri, cookie);
        
// 使用 Cookie 的時候：
// 取出 CookieStore        
CookieStore store = manager.getCookieStore();

// 得到所有的 URI        
List<URI> uris = store.getURIs();
for (URI uri : uris) {
    // 篩選需要的 URI
    // 得到屬于這個 URI 的所有 Cookie
    List<HttpCookie> cookies = store.get(uri);
    for (HttpCookie cookie : cookies) {
        // 取出了 Cookie
    }
}
        
// 或者，取出這個 CookieStore 里面的全部 Cookie
// 過期的 Cookie 將會被自動刪除
List<HttpCookie> cookies = store.getCookies();
for (HttpCookie cookie : cookies) {
    // 取出了 Cookie
}

其他新特性

NetworkInterface 的增強

從 Java SE 1.4 開始，JDK 當中出現了一個網絡工具類 java.net.NetworkInterface，提供了一些網絡的實用功能。 在 Java SE 6 當中，這個工具類得到了很大的加強，新增了很多實用的方法。例如：

• public boolean isUp()

  用來判斷網絡接口是否啟動并運行

• public boolean isLoopback()

  用來判斷網絡接口是否是環回接口（loopback）

• public boolean isPointToPoint()

  用來判斷網絡接口是否是點對點（P2P）網絡

• public boolean supportsMulticast()

  用來判斷網絡接口是否支持多播

• public byte[] getHardwareAddress()

  用來得到硬件地址（MAC）

• public int getMTU()

  用來得到最大傳輸單位（MTU，Maximum Transmission Unit）

• public boolean isVirtual()

  用來判斷網絡接口是否是虛擬接口

關于此工具類的具體信息，請參考 Java SE 6 相應文檔（見 參考資源）。

域名的國際化

在 最近的一些 RFC 文檔當中，規定 DNS 服務器可以解析除開 ASCII 以外的編碼字符。有一個算法可以在這種情況下做 Unicode 與 ASCII 碼之間的轉換，實現域名的國際化。java.net.IDN 就是實現這個國際化域名轉換的新類，IDN 是“國際化域名”的縮寫（internationalized domain names）。這個類很簡單，主要包括 4 個靜態函數，做字符的轉換。

結語

Java SE 6 有著很多 HTTP 相關的新特性，使得 Java SE 平臺本身對網絡編程，尤其是基于 HTTP 協議的因特網編程，有了更加強大的支持。