java ipv4 ipv6

IPv6背景介绍

目前被广泛使用的IPv4，它的最大问题是网络地址资源有限。IPv4仅有32二进制位，满打满算也仅有不到43亿个IP地址，已经完全不能满足目前需求。IPv6有128二进制位，地址数量非常庞大。目前主流操作系统早已支持IPv6，Google、Facebook和Yahoo等网站也早已支持IPv6。2017年底中共中央办公厅、国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，推动国内IPv6的支持。目前已有大量国内网站和APP已经支持IPv6。未来数年将是IPv4到IPv6的过渡时期，IPv6和IPv4会并存，IPv6使用率也会逐渐提高。

Java对IPv6的支持

在Networking IPv6 User Guide文档中，介绍了Java对IPv6的支持情况：

IPv6 in Java is transparent and automatic. Porting is not necessary; there is no need to recompile source files.

Java中对IPv6的支持是透明的且自动化的，无需移植，也无需重新编译源码。相对于其他语言而言（例如C++），Java很好封装了IPv4和IPv6两种版本的不同，Java一般不需要在编写代码时关注IPv6如何支持，一个原本运行在IPv4环境的代码放到支持IPv6环境中一般也可以直接使用。

Java IPv6相关系统属性

由于Java封装了IPv4和IPv6的差异，在代码层面上不需要关注同时也无法设置使用IPv4还是IPv6，Java提供了java.net.preferIPv4Stack、java.net.preferIPv6Addresses两个系统属性，用于设置协议栈和地址族的选择。

这两个系统参数既可以在Java代码中设置：

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System.setProperty("java.net.preferIPv4Stack", "true");

也可以在启动时通过JVM参数设置：

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-Djava.net.preferIPv4Stack=true

java.net.preferIPv4Stack（默认值false）

官方文档解释：

If IPv6 is available on the operating system, the underlying native socket will be an IPv6 socket. This allows Java applications to connect to, and accept connections from, both IPv4 and IPv6 hosts.

当java.net.preferIPv4Stack为默认值false时，在支持IPv6的双栈系统上，使用Java的Socket会默认通过底层native方法创建一个IPv6 Socket，这个IPv6 Socket可以同时支持和IPv4或IPv6主机通信。如果设置为true，Java程序将无法使用IPv6进行网络通信，也就是仅支持IPv4。

例如，当TCP客户端java.net.preferIPv4Stack设置为true时，如果想创建一个host为IPv6的Socket，会抛出异常java.net.SocketException: Protocol family unavailable，设置为false时则程序可以正常运行：

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System.setProperty("java.net.preferIPv4Stack", "true");
Socket socket = new Socket("::1", 80); // 访问IPv6地址::1（相当于IPv4的127.0.0.1）的80端口会抛出异常

当TCP服务器java.net.preferIPv4Stack设置为true时，通过IPv6访问就会访问不通。

在正常情况下，Tomcat或者Jetty等Java服务器启动后，可以使用浏览器通过IPv4地址http://127.0.0.1:8080或IPv6地址http://[::1]:8080两种方式访问，此时通过lsof -i:8080命令可以看到对应进程的Type为IPv6：
lsof命令

如果加上JVM参数-Djava.net.preferIPv4Stack=true启动，此时通过lsof -i:8080命令可以看到对应进程的Type为IPv4：
lsof命令
此时通过IPv6地址http://[::1]:8080将无法访问，仅可通过IPv4地址http://127.0.0.1:8080访问。

java.net.preferIPv6Addresses（默认值false）

官方文档解释：

By default, IPv4 addresses are preferred over IPv6 addresses, for example, when querying the name service (for instance, DNS service), IPv4 addresses would be returned ahead of IPv6 addresses.

当java.net.preferIPv6Addresses为默认值false时，IPv4地址会优先使用，例如在DNS通过域名查询IP地址时，会优先使用IPv4地址，反之设为true，则会优先使用IPv6地址。

Google目前支持IPv4和IPv6，可以host命令查看域名www.google.comDNS解析的IPv4和IPv6地址：

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host www.google.com
> www.google.com has address 66.220.146.94
> www.google.com has IPv6 address 2404:6800:4008:803::2004

默认情况下会优先使用IPv4地址：

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System.out.println(InetAddress.getByName("www.google.com"));

输出：

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www.google.com/66.220.146.94

当java.net.preferIPv6Addresses设置为true时会优先使用IPv6地址：

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System.setProperty("java.net.preferIPv6Addresses", "true");
System.out.println(InetAddress.getByName("www.google.com"));

输出：

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www.google.com/2404:6800:4008:803:0:0:0:2004

另外，通过InetAddress.getLocalHost()方法返回本机IP地址，最终返回的是IPv4还是IPv6地址，也会由java.net.preferIPv6Addresses的值来决定。

参考资料

• https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/net/ipv6_guide/index.html