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>基于Socket的低层次Java网络编程
作者:中国IT实验室    来源:中国IT实验室    发布时间:2012-01-01      浏览次数:5653
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    8.3.1 Socket通讯
    网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。
    在传统的UNIX环境下可以操作TCP/IP协议的接口不止Socket一个,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下,Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
    8.3.2 Socket通讯的一般过程
    使用Socket进行Client/Server程序设计的一般连接过程是这样的:Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求,Client端向Server端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client端都可以通过Send,Write等方法与对方通信。
    对于一个功能齐全的Socket,都要包含以下基本结构,其工作过程包含以下四个基本的步骤:
    (1) 创建Socket;
    (2) 打开连接到Socket的输入/出流;
    (3) 按照一定的协议对Socket进行读/写操作;
    (4) 关闭Socket.
    8.3.3 创建Socket
    java在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,使用很方便。其构造方法如下:
    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分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端口号,stream指明socket是流socket还是数据报socket,localPort表示本地主机的端口号,localAddr和bindAddr是本地机器的地址(ServerSocket的主机地址),impl是socket的父类,既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。例如:
    Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
    ServerSocket server = new ServerSocket(80);
    注意,在选择端口时,必须小心。每一个端口提供一种特定的服务,只有给出正确的端口,才能获得相应的服务。0~1023的端口号为系统所保留,例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23, 所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。
    在创建socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。
    8.3.8 简单的Client/Server程序设计
    下面我们给出一个用Socket实现的客户和服务器交互的典型的C/S结构的演示程序,读者通过仔细阅读该程序,会对前面所讨论的各个概念有更深刻的认识。程序的意义请参考注释。
    1. 客户端程序
    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);
    //向本机的4700端口发出客户请求
    BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
    PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
    //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
    BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
    //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
    String readline;
    readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
    while(!readline.equals("bye")){
    //若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环
    os.println(readline);
    //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
    os.flush();
    //刷新输出流,使Server马上收到该字符串
    System.out.println("Client:"+readline);
    //在系统标准输出上打印读入的字符串
    System.out.println("Server:"+is.readLine());
    //从Server读入一字符串,并打印到标准输出上
    readline=sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
    } //继续循环
    os.close(); //关闭Socket输出流
    is.close(); //关闭Socket输入流
    socket.close(); //关闭Socket
    }catch(Exception e) {
    System.out.println("Error"+e); //出错,则打印出错信息
    }
    }
    }
    2. 服务器端程序
    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);
    //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
    }catch(Exception e) {
    System.out.println("can not listen to:"+e);
    //出错,打印出错信息
    }
    Socket socket=null;
    try{
    socket=server.accept();
    //使用accept()阻塞等待客户请求,有客户
    //请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行
    }catch(Exception e) {
    System.out.println("Error."+e);
    //出错,打印出错信息
    }
    String line;
    BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
    //由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
    PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
    //由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
    BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    //由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
    System.out.println("Client:"+is.readLine());
    //在标准输出上打印从客户端读入的字符串
    line=sin.readLine();
    //从标准输入读入一字符串
    while(!line.equals("bye")){
    //如果该字符串为 "bye",则停止循环
    os.println(line);
    //向客户端输出该字符串
    os.flush();
    //刷新输出流,使Client马上收到该字符串
    System.out.println("Server:"+line);
    //在系统标准输出上打印读入的字符串
    System.out.println("Client:"+is.readLine());
    //从Client读入一字符串,并打印到标准输出上
    line=sin.readLine();
    //从系统标准输入读入一字符串
    }  //继续循环
    os.close(); //关闭Socket输出流
    is.close(); //关闭Socket输入流
    socket.close(); //关闭Socket
    server.close(); //关闭ServerSocket
    }catch(Exception e){
    System.out.println("Error:"+e);
    //出错,打印出错信息
    }
    }
    }
    8.3.9 支持多客户的client/server程序设计
    前面提供的Client/Server程序只能实现Server和一个客户的对话。在实际应用中,往往是在服务器上运行一个永久的程序,它可以接收来自其他多个客户端的请求,提供相应的服务。为了实现在服务器方给多个客户提供服务的功能,需要对上面的程序进行改造,利用多线程实现多客户机制。服务器总是在指定的端口上监听是否有客户请求,一旦监听到客户请求,服务器就会启动一个专门的服务线程来响应该客户的请求,而服务器本身在启动完线程之后马上又进入监听状态,等待下一个客户的到来。
    ServerSocket serverSocket=null;
    boolean listening=true;
    try{
    serverSocket=new ServerSocket(4700);
    //创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求
    }catch(IOException e) {  }
    while(listening){ //永远循环监听
    new ServerThread(serverSocket.accept(),clientnum)。start();
    //监听到客户请求,根据得到的Socket对象和
    客户计数创建服务线程,并启动之
    clientnum++; //增加客户计数
    }
    serverSocket.close(); //关闭ServerSocket
    设计ServerThread类
    public class ServerThread extends Thread{
    Socket socket=null; //保存与本线程相关的Socket对象
    int clientnum; //保存本进程的客户计数
    public ServerThread(Socket socket,int num) { //构造函数
    this.socket=socket; //初始化socket变量
    clientnum=num+1; //初始化clientnum变量
    }
    public void run() { //线程主体
    try{//在这里实现数据的接受和发送}
    8.3.10 据报Datagram通讯
    前面在介绍TCP/IP协议的时候,我们已经提到,在TCP/IP协议的传输层除了TCP协议之外还有一个UDP协议,相比而言UDP的应用不如TCP广泛,几个标准的应用层协议HTTP,FTP,SMTP…使用的都是TCP协议。但是,随着计算机网络的发展,UDP协议正越来越来显示出其威力,尤其是在需要很强的实时交互性的场合,如网络游戏,视频会议等,UDP更是显示出极强的威力,下面我们就介绍一下Java环境下如何实现UDP网络传输。
    8.3.11 什么是Datagram
    所谓数据报(Datagram)就跟日常生活中的邮件系统一样,是不能保证可靠的寄到的,而面向链接的TCP就好比电话,双方能肯定对方接受到了信息。在本章前面,我们已经对UDP和TCP进行了比较,在这里再稍作小节:
    TCP,可靠,传输大小无限制,但是需要连接建立时间,差错控制开销大。
    UDP,不可靠,差错控制开销较小,传输大小限制在64K以下,不需要建立连接。

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