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JAVA教程第八講 Java網絡編程(二)

8.3 基于Socket（套接字）的低層次Java網絡編程

　　8.3.1 Socket通訊

　　網絡上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現數據的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。Socket通常用來實現客戶方和服務方的連接。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程界面，一個Socket由一個IP地址和一個端口號唯一確定。

　　在傳統的UNIX環境下可以操作TCP/IP協議的接口不止Socket一個，Socket所支持的協議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯系的。在Java環境下，Socket編程主要是指基于TCP/IP協議的網絡編程。

　　說Socket編程是低層次網絡編程并不等于它功能不強大，恰恰相反，正因為層次低，Socket編程比基于URL的網絡編程提供了更強大的功能和更靈活的控制，但是卻要更復雜一些。由于Java本身的特殊性，Socket編程在Java中可能已經是層次最低的網絡編程接口，在Java中要直接操作協議中更低的層次，需要使用Java的本地方法調用（JNI），在這里就不予討論了。

　　8.3.2 Socket通訊的一般過

　　前面已經提到Socket通常用來實現C/S結構。

　　使用Socket進行Client/Server程序設計的一般連接過程是這樣的：Server端Listen(監聽)某個端口是否有連接請求， Client端向Server端發出Connect(連接)請求，Server端向Client端發回Accept（接受）消息。一個連接就建立起來了。 Server端和Client端都可以通過Send，Write等方法與對方通信。

　　對于一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結構，其工作過程包含以下四個基本的步驟：
　　（1）創建Socket；
　　（2）打開連接到Socket的輸入/出流；
　　（3）按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作；
　　（4）關閉Socket.

　　第三步是程序員用來調用Socket和實現程序功能的關鍵步驟，其他三步在各種程序中基本相同。

　　以上4個步驟是針對TCP傳輸而言的，使用UDP進行傳輸時略有不同，在后面會有具體講解。

　　8.3.3 創建Socket

　　java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，分別用來表示雙向連接的客戶端和服務端。這是兩個封裝得非常好的類，使用很方便。其構造方法如下：
　　Socket(InetAddress address, int port);
　　Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);
　　Socket(String host, int prot);
　　Socket(String host, int prot, boolean stream);
　　Socket(SocketImpl impl)
　　Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　ServerSocket(int port);
　　ServerSocket(int port, int backlog);
　　ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)

　　其中address、host和port分別是雙向連接中另一方的IP地址、主機名和端口號，stream指明socket是流socket還是數據報 socket，localPort表示本地主機的端口號，localAddr和bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既可以用來創建serverSocket又可以用來創建Socket。count則表示服務端所能支持的最大連接數。例如：
　　Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
　　ServerSocket server = new ServerSocket(80);

　　注意，在選擇端口時，必須小心。每一個端口提供一種特定的服務，只有給出正確的端口，才能獲得相應的服務。0~1023的端口號為系統所保留，例如 http服務的端口號為80,telnet服務的端口號為21,ftp服務的端口號為23, 所以我們在選擇端口號時，最好選擇一個大于1023的數以防止發生沖突。

　　在創建socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程序中必須對之作出處理。所以在創建Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

　　8.3.4 客戶端的Socket

　　下面是一個典型的創建客戶端Socket的過程。
　　　try{
　　　　　Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);
　　　　　//127.0.0.1是TCP/IP協議中默認的本機地址
　　　}catch(IOException e){
　　　　　System.out.println("Error:"+e);
　　　}

　　這是最簡單的在客戶端創建一個Socket的一個小程序段，也是使用Socket進行網絡通訊的第一步，程序相當簡單，在這里不作過多解釋了。在后面的程序中會用到該小程序段。

　　8.3.5 服務器端的ServerSocket

　　下面是一個典型的創建Server端ServerSocket的過程。
　　ServerSocket server=null;
　　try {
　　　　　server=new ServerSocket(4700);
　　　　　//創建一個ServerSocket在端口4700監聽客戶請求
　　}catch(IOException e){
　　　　　System.out.println("can not listen to :"+e);
　　}
　　Socket socket=null;
　　try {
　　　　socket=server.accept();
　　　　//accept()是一個阻塞的方法，一旦有客戶請求，它就會返回一個Socket對象用于同客戶進行交互
　　}catch(IOException e){
　　　　System.out.println("Error:"+e);
　　}

　　以上的程序是Server的典型工作模式，只不過在這里Server只能接收一個請求，接受完后Server就退出了。實際的應用中總是讓它不停的循環接收，一旦有客戶請求，Server總是會創建一個服務線程來服務新來的客戶，而自己繼續監聽。程序中accept()是一個阻塞函數，所謂阻塞性方法就是說該方法被調用后，將等待客戶的請求，直到有一個客戶啟動并請求連接到相同的端口，然后accept()返回一個對應于客戶的socket。這時，客戶方和服務方都建立了用于通信的socket，接下來就是由各個socket分別打開各自的輸入/輸出流。

　　8.3.6 打開輸入/出流

　　類Socket提供了方法getInputStream ()和getOutStream()來得到對應的輸入/輸出流以進行讀/寫操作，這兩個方法分別返回InputStream和OutputSteam類對象。為了便于讀/寫數據，我們可以在返回的輸入/輸出流對象上建立過濾流，如DataInputStream、DataOutputStream或 PrintStream類對象，對于文本方式流對象，可以采用InputStreamReader和OutputStreamWriter、 PrintWirter等處理。

　　例如：
　　PrintStream os=new PrintStream(new BufferedOutputStreem(socket.getOutputStream()));
　　DataInputStream is=new DataInputStream(socket.getInputStream());
　　PrintWriter out=new PrintWriter(socket.getOutStream(),true);
　　BufferedReader in=new ButfferedReader(new InputSteramReader(Socket.getInputStream()));

　　輸入輸出流是網絡編程的實質性部分，具體如何構造所需要的過濾流，要根據需要而定，能否運用自如主要看讀者對Java中輸入輸出部分掌握如何。

　　8.3.7 關閉Socket

　　每一個Socket存在時，都將占用一定的資源，在Socket對象使用完畢時，要其關閉。關閉Socket可以調用Socket的Close（）方法。在關閉Socket之前，應將與Socket相關的所有的輸入/輸出流全部關閉，以釋放所有的資源。而且要注意關閉的順序，與Socket相關的所有的輸入/輸出該首先關閉，然后再關閉Socket。
　　os.close();
　　is.close();
　　socket.close();

　　盡管Java有自動回收機制，網絡資源最終是會被釋放的。但是為了有效的利用資源，建議讀者按照合理的順序主動釋放資源。

　　8.3.8 簡單的Client/Server程序設計

　　下面我們給出一個用Socket實現的客戶和服務器交互的典型的C/S結構的演示程序，讀者通過仔細閱讀該程序，會對前面所討論的各個概念有更深刻的認識。程序的意義請參考注釋。

　　1. 客戶端程序

　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　public class TalkClient {
　　　　public static void main(String args[]) {
　　　　　　try{
　　　　　　　　Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);
　　　　　　　　//向本機的4700端口發出客戶請求
　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　　　//由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象
　　　　　　　　PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　　　//由Socket對象得到輸出流，并構造PrintWriter對象
　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　　　　　　　//由Socket對象得到輸入流，并構造相應的BufferedReader對象
　　　　　　　　String readline;
　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //從系統標準輸入讀入一字符串
　　　　　　　　while(!readline.equals("bye")){
　　　　　　　　//若從標準輸入讀入的字符串為 "bye"則停止循環
　　　　　　　　　　os.println(readline);
　　　　　　　　　　//將從系統標準輸入讀入的字符串輸出到Server
　　　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　　　//刷新輸出流，使Server馬上收到該字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+readline);
　　　　　　　　　　//在系統標準輸出上打印讀入的字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+is.readLine());
　　　　　　　　　　//從Server讀入一字符串，并打印到標準輸出上
　　　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //從系統標準輸入讀入一字符串
　　　　　　　　} //繼續循環
　　　　　　　　os.close(); //關閉Socket輸出流
　　　　　　　　is.close(); //關閉Socket輸入流
　　　　　　　　socket.close(); //關閉Socket
　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　System.out.println("Error"+e); //出錯，則打印出錯信息
　　　　　　}
　　}
　　} 2. 服務器端程序

　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.applet.Applet;
　　public class TalkServer{
　　　　public static void main(String args[]) {
　　　　　　try{
　　　　　　　　ServerSocket server=null;
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　server=new ServerSocket(4700);
　　　　　　　　//創建一個ServerSocket在端口4700監聽客戶請求
　　　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　　　System.out.println("can not listen to:"+e);
　　　　　　　　//出錯，打印出錯信息
　　　　　　　　}

　　　　　　　　Socket socket=null;
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　socket=server.accept();
　　　　　　　　　　//使用accept()阻塞等待客戶請求，有客戶
　　　　　　　　　　//請求到來則產生一個Socket對象，并繼續執行
　　　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　　　System.out.println("Error."+e);
　　　　　　　　　　//出錯，打印出錯信息
　　　　　　　　}
　　　　　　　　String line;
　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　　　　　　　　//由Socket對象得到輸入流，并構造相應的BufferedReader對象
　　　　　　　　PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　　　　//由Socket對象得到輸出流，并構造PrintWriter對象
　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　　　　//由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象

　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());
　　　　　　　　//在標準輸出上打印從客戶端讀入的字符串
　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　//從標準輸入讀入一字符串
　　　　　　　　while(!line.equals("bye")){
　　　　　　　　//如果該字符串為 "bye"，則停止循環
　　　　　　　　　　os.println(line);
　　　　　　　　　　//向客戶端輸出該字符串
　　　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　　　//刷新輸出流，使Client馬上收到該字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+line);
　　　　　　　　　　//在系統標準輸出上打印讀入的字符串
　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());
　　　　　　　　　　//從Client讀入一字符串，并打印到標準輸出上
　　　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　　　//從系統標準輸入讀入一字符串
　　　　　　　　} 　//繼續循環
　　　　　　　　os.close(); //關閉Socket輸出流
　　　　　　　　is.close(); //關閉Socket輸入流
　　　　　　　　socket.close(); //關閉Socket
　　　　　　　　server.close(); //關閉ServerSocket
　　　　　　}catch(Exception e){
　　　　　　　　System.out.println("Error:"+e);
　　　　　　　　//出錯，打印出錯信息
　　　　　　}
　　　　}
　　}

　　從上面的兩個程序中我們可以看到，socket四個步驟的使用過程。讀者可以分別將Socket使用的四個步驟的對應程序段選擇出來，這樣便于讀者對socket的使用有進一步的了解。

　　讀者可以在單機上試驗該程序，最好是能在真正的網絡環境下試驗該程序，這樣更容易分辨輸出的內容和客戶機，服務器的對應關系。同時也可以修改該程序，提供更為強大的功能，或更加滿足讀者的意圖。

　　

　　8.3.9 支持多客戶的client/server程序設計

　　前面提供的Client/Server程序只能實現Server和一個客戶的對話。在實際應用中，往往是在服務器上運行一個永久的程序，它可以接收來自其他多個客戶端的請求，提供相應的服務。為了實現在服務器方給多個客戶提供服務的功能，需要對上面的程序進行改造，利用多線程實現多客戶機制。服務器總是在指定的端口上監聽是否有客戶請求，一旦監聽到客戶請求，服務器就會啟動一個專門的服務線程來響應該客戶的請求，而服務器本身在啟動完線程之后馬上又進入監聽狀態，等待下一個客戶的到來。

　　客戶端的程序和上面程序是完全一樣的，讀者如果仔細閱讀過上面的程序，可以跳過不讀，把主要精力集中在Server端的程序上。

　　2. 服務器端程序: MultiTalkServer.java

　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import ServerThread;
　　public class MultiTalkServer{
　　　static int clientnum=0; //靜態成員變量，記錄當前客戶的個數
　　　public static void main(String args[]) throws IOException {
　　　　ServerSocket serverSocket=null;
　　　　boolean listening=true;
　　　　try{
　　　　　　serverSocket=new ServerSocket(4700);
　　　　　　//創建一個ServerSocket在端口4700監聽客戶請求
　　　　}catch(IOException e) {
　　　　　　System.out.println("Could not listen on port:4700.");
　　　　　　//出錯，打印出錯信息
　　　　　　System.exit(-1); //退出
　　　　}
　　　　while(listening){ //永遠循環監聽
　　　　　　new ServerThread(serverSocket.accept(),clientnum).start();
　　　　　　//監聽到客戶請求，根據得到的Socket對象和
　　　　　　　客戶計數創建服務線程，并啟動之
　　　　　　clientnum++; //增加客戶計數
　　　　}
　　　　serverSocket.close(); //關閉ServerSocket
　　}
　　}

　　3. 程序ServerThread.java

　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　public class ServerThread extends Thread{
　　　Socket socket=null; //保存與本線程相關的Socket對象
　　　int clientnum; //保存本進程的客戶計數
　　　public ServerThread(Socket socket,int num) { //構造函數
　　　　this.socket=socket; //初始化socket變量
　　　　clientnum=num+1; //初始化clientnum變量
　　　}
　　　public void run() { //線程主體
　　　　try{
　　　　　　String line;
　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　//由Socket對象得到輸入流，并構造相應的BufferedReader對象
　　　　　　PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　//由Socket對象得到輸出流，并構造PrintWriter對象
　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　//由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象
　　　　　　System.out.println("Client:"+ clientnum +is.readLine());
　　　　　　//在標準輸出上打印從客戶端讀入的字符串
　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　//從標準輸入讀入一字符串
　　　　　　while(!line.equals("bye")){
　　　　　　//如果該字符串為 "bye"，則停止循環
　　　　　　　　os.println(line);
　　　　　　　　//向客戶端輸出該字符串
　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　//刷新輸出流，使Client馬上收到該字符串
　　　　　　　　System.out.println("Server:"+line);
　　　　　　　　//在系統標準輸出上打印該字符串
　　　　　　　　System.out.println("Client:"+ clientnum +is.readLine());
　　　　　　　　//從Client讀入一字符串，并打印到標準輸出上
　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　//從系統標準輸入讀入一字符串
　　　　　　} //繼續循環
　　　　　　os.close(); //關閉Socket輸出流
　　　　　　is.close(); //關閉Socket輸入流
　　　　　　socket.close(); //關閉Socket
　　　　　　server.close(); //關閉ServerSocket
　　　　　}catch(Exception e){
　　　　　　System.out.println("Error:"+e);
　　　　　　//出錯，打印出錯信息
　　　　　}
　　　}
　　}

　　通過以上的學習，讀者應該對Java的面向流的網絡編程有了一個比較全面的認識，這些都是基于TCP的應用，后面我們將介紹基于UDP的Socket編程

posted on 2006-11-05 11:42 周游世界閱讀(605) 評論(0) 編輯收藏所屬分類: 網絡協議

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