[Java] Socket编程
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[Java] Socket编程
[Java] Socket编程
1.Socket传输模式

  Sockets有两种主要的操作方式:面向连接的和无连接的。面向连接的sockets操作就像一部电话,他们必须建立一个连接和一人呼叫。所有的事情在到达时的顺序与它们出发时的顺序时一样。无连接的sockets操作就像是一个邮件投递,没有什么保证,多个邮件可能在到达时的顺序与出发时的顺序不一样。

  到底用哪种模式是邮应用程序的需要决定的。如果可靠性更重要的话,用面向连接的操作会好一些.比如文件服务器需要他们的数据的正确性和有序性.如果一些数据丢失了,系统的有效性将会失去。一些服务器,比如间歇性地发送一些数据块.如果数据丢了的话,服务器并不想要再重新发过一次,因为当数据到达的时候,它可能已经过时了.确保数据的有序性和正确性需要额外的操作的内存消耗,额外的费用将会降低系统的回应速率.

  无连接的操作使用数据报协议.一个数据报是一个独立的单元,它包含了所有的这次投递的信息.把它想象成一个信封吧,它有目的地址和要发送的内容.这个模式下的socket不需要连接一个目的的socket,它只是简单地投出数据报.无连接的操作是快速的和高效的,但是数据安全性不佳.

  面向连接的操作使用TCP协议.一个这个模式下的socket必须在发送数据之前与目的地的socket取得一个连接.一旦连接建立了,sockets就可以使用一个流接口:打开-读-写-关闭.所有的发送的信息都会在另一端以同样的顺序被接收.面向连接的操作比无连接的操作效率更低,但是数据的安全性更高.

  SUN一直是网络建设的支持者,所以在Java中支持sockets就不足为奇了.实际上,Java降低了建立一个sockets程序的难度.每一个传输模式都被封装到了不同的类中.面向连接的类将会首先被我们讨论.

  到底用哪种模式是邮应用程序的需要决定的.如果可靠性更重要的话,用面向连接的操作会好一些.比如文件服务器需要他们的数据的正确性和有序性.如果一些数据丢失了,系统的有效性将会失去.一些服务器,比如间歇性地发送一些数据块.如果数据丢了的话,服务器并不想要再重新发过一次.因为当数据到达的时候,它可能已经过时了.确保数据的有序性和正确性需要额外的操作的内存消耗,额外的费用将会降低系统的回应速率.

  无连接的操作使用数据报协议.一个数据报是一个独立的单元,它包含了所有的这次投递的信息.把它想象成一个信封吧,它有目的地址和要发送的内容.这个模式下的socket不需要连接一个目的的socket,它只是简单地投出数据报.无连接的操作是快速的和高效的,但是数据安全性不佳.

  面向连接的操作使用TCP协议.一个这个模式下的socket必须在发送数据之前与目的地的socket取得一个连接.一旦连接建立了,sockets就可以使用一个流接口:打开-读-写-关闭.所有的发送的信息都会在另一端以同样的顺序被接收.面向连接的操作比无连接的操作效率更低,但是数据的安全性更高.

  SUN一直是网络建设的支持者,所以在Java中支持sockets就不足为奇了.实际上,Java降低了建立一个sockets程序的难度.每一个传输模式都被封装到了不同的类中.面向连接的类将会首先被我们讨论

  2.Java面向连接的类

  Sockets有两种主要的操作方式:面向连接的和无连接的.面向连接的sockets操作就像一部电话,他们必须建立一个连接和一人呼叫.所有的事情在到达时的顺序与它们出发时的顺序时一样.无连接的sockets操作就像是一个邮件投递,,没有什么保证,多个邮件可能在到达时的顺序与出发时的顺序不一样.

  到底用哪种模式是邮应用程序的需要决定的.如果可靠性更重要的话,用面向连接的操作会好一些.比如文件服务器需要他们的数据的正确性和有序性.如果一些数据丢失了,系统的有效性将会失去.一些服务器,比如间歇性地发送一些数据块.如果数据丢了的话,服务器并不想要再重新发过一次.因为当数据到达的时候,它可能已经过时了.确保数据的有序性和正确性需要额外的操作的内存消耗,额外的费用将会降低系统的回应速率.

  无连接的操作使用数据报协议.一个数据报是一个独立的单元,它包含了所有的这次投递的信息.把它想象成一个信封吧,它有目的地址和要发送的内容.这个模式下的socket不需要连接一个目的的socket,它只是简单地投出数据报.无连接的操作是快速的和高效的,但是数据安全性不佳.

  面向连接的操作使用TCP协议.一个这个模式下的socket必须在发送数据之前与目的地的socket取得一个连接.一旦连接建立了,sockets就可以使用一个流接口:打开-读-写-关闭.所有的发送的信息都会在另一端以同样的顺序被接收.面向连接的操作比无连接的操作效率更低,但是数据的安全性更高.

  SUN一直是网络建设的支持者,所以在Java中支持sockets就不足为奇了.实际上,Java降低了建立一个sockets程序的难度.每一个传输模式都被封装到了不同的类中.面向连接的类将会首先被我们讨论

  在Java中面向连接的类有两种形式,它们分别是客户端和服务器端.客户端这一部分是最简单的,所以我们先讨论它.

  列表9.1列出了一个简单的客户端的程序.它向一个服务器发出一个请求,取回一个HTML文档,并把它显示在控制台上.

  9.1一个简单的socket客户端

import java.io.*;
import java.net.*;
/**
* 一个简单的从服务器取回一个HTML页面的程序
* 注意:merlin是本地机器的名字
*/
public class SimpleWebClient {
public static void main(String args[])
{
try
{
// 打开一个客户端socket连接
Socket clientSocket1 = new Socket("merlin", 80);
System.out.println("Client1: " + clientSocket1);
// 取得一个网页
getPage(clientSocket1);
}
catch (UnknownHostException uhe)
{
System.out.println("UnknownHostException: " + uhe);
}
catch (IOException ioe)
{
System.err.println("IOException: " + ioe);
}
}
/**
*通过建立的连接请求一个页面,显示回应然后关闭socket
*/
public static void getPage(Socket clientSocket)
{
try
{
// 需要输入和输出流
DataOutputStream outbound = new DataOutputStream(
clientSocket.getOutputStream() );
DataInputStream inbound = new DataInputStream(
clientSocket.getInputStream() );
// 向服务器发出HTTP请求
outbound.writeBytes("GET / HTTP/1.0 ");
// 读出回应
String responseLine;
while ((responseLine = inbound.readLine()) != null)
{
// 把每一行显示出来
System.out.println(responseLine);
if ( responseLine.indexOf("") != -1 )
break;
}
// 清除
outbound.close();
inbound.close();
clientSocket.close();
}
catch (IOException ioe)
{
System.out.println("IOException: " + ioe);
}
}
}
 
  回忆一个,一个客户端向一个正在监听的服务器socket发出一个连接.客户端的sockets是用Socket类建立的.下面的程序建立了一个客户端的socket并且连接到了一个主机:

Socket clientSocket = new Socket("merlin",80); 

  第一个参数是你想要连接的主机的名称,第二个参数是端口号.一个主机名称指定了目的的名称.端口号指定了由哪个应用程序来接收.在我们的情况下,必须指定80,因为它是默认的HTTP协议的端口.另外的知名的端口列在表9.1中,看:

  知名的端口:

echo 7

daytime 13

daytime 13

ftp 21

telnet 23

smtp 25

finger 79

http 80

pop3 110
 

  因为Socket类是面向连接的,它提供了一个可供读写的流接口.java.io包中的类可以用来访问一个已连接的socket:

DataOutputStream outbound = new DataOutputStream(
clientSocket.getOutputStream() );
DataInputStream inbound = new DataInputStream(clientSocket.getInputStream()
); 

  一旦流建立了,一般的流操作就可以做了:

outbound.writeBytes("GET / HTTP/1.0 );
String responseLine;
while ( (responseLine = inbound.readLine()) != null)
{
System.out.println(responseLine);

  以上的小程序请求了一个WEB页面并且把它显示出来.当程序完成之后,连接必须关闭.

outbound.close();
inbound.close();
clientSocket.close(); 

  注意socket流必须首先关闭.所有的的socket流必须在socket关闭之前关闭.这个小程序非常地简单,但是所有的客户端程序都必须遵首下面的基本的步骤:

  1.建立客户端socket连接.

  2.得到socket的读和写的流.

  3.利用流.

  4.关闭流.

  5.关闭socket.

  使用一个服务器端的socket只是有一点复杂,它将在下面讲到.

  服务器Sockets

  列表9.2是一个服务器应用程序的一部分.

  列表9.2 一个简单的服务器程序

/**
* 一个监听端口并提供HTML文档的程序.
*/
class SimpleWebServer {
public static void main(String args[])
{
ServerSocket serverSocket = null;
Socket clientSocket = null;
int connects = 0;
try
{
{
// 建立一个服务器socket
serverSocket = new ServerSocket(80, 5);
while (connects < 5)
{
// 等待连接
clientSocket = serverSocket.accept();
//服务连接
ServiceClient(clientSocket);
connects++;
}
serverSocket.close();
}
catch (IOException ioe)
{
System.out.println("Error in SimpleWebServer: " + ioe);
}
}
public static void ServiceClient(Socket client)
throws IOException
{
DataInputStream inbound = null;
DataOutputStream outbound = null;
try
{
// 得到IO流
inbound = new DataInputStream( client.getInputStream());
outbound = new DataOutputStream( client.getOutputStream());
//格式化输出(回应头和很少的HTML文档)
StringBuffer buffer = PrepareOutput();
String inputLine;
while ((inputLine = inbound.readLine()) != null)
{
//如果到了HTTP请求的尾部,就发送回应
if ( inputLine.equals("") )
{
outbound.writeBytes(buffer.toString());
break;
}
}
}
finally
{
// 清除
System.out.println("Cleaning up connection: " + client);
tln("Cleaning up connection: " + client);
outbound.close();
inbound.close();
client.close();
client.close();
}
}
 
  服务器Sockets

  服务器并不是主动地建立连接.相反地,他们是被动地监听一个客户端的连接请示然后给他们服务.服务器是由类ServerSocket来建立的.下面的程序建立了一个服务器端socket并把它绑定到80端口:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80,5); 

  第一个参数是服务器要监听的端口.第二个参数是可选的.API文档中说明了这是一个监听时间,但是在传统的socket程序中第二个参数是监听深度.一个服务器可以同时接收多个连接请求,但是每次只能处理一个.监听堆是一个无回答的连接请求队列.上面的请求建立一个连接来处理最后五个请求.如果省略了后面的一个参数,则默认值是50.

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80,5); 

  一旦socket建立了并开始监听连接,进来的连接将会建立并放在监听堆.accetp()方法把在堆中的连接取出来.

Socket clientSocket =serverSocket.accept(); 

  这个方法返回一个用来与来访者对话的客户端连接.服务器本身不可能建立对话,相反地,服务器socket会使用accept()方法来产生一个新的socket.服务器socket依旧打开并排列新的连接请求.

  与客户端socket一样,下面的一步建立输入和输出流:

DataInputStream inbound = new DataInputStream(clientSocket.getInputStream() );
DataOutputStream outbound = new DataOutputStream(clientSocket.getOutputStream() ); 

  一般的I/O操作可以在新建的流中运用.在服务器回应前它等待客户端发送一个空白的行.当会话结束时,服务器关闭流和客户端socket.如果在队列中没有请示将会出现什么情况呢?那个方法将会等待一个的到来.这个行为叫阻塞.accept()方法将会阻塞服务器线程直到一个呼叫到来.当5个连接处理完闭之后,服务器退出.任何的在队列中的呼叫将会被取消.

  所有的服务器都要有以下的基本的步骤:

  1.建立一个服务器socket并开始监听.

  2.使用accept()方法取得新的连接.

  3.建立输入和输出流.

  4.在已有的协议上产生会话.

  5.关闭客户端流和socket.

  6.回到第二步或者到第七步.

  7.关闭服务器socket.

  重复和并发服务器

  这个应用程序被当作一个重复的服务器.因为它只有在处理完一个进程以后才会接受另一个连接.更多的复杂服务器是并发的.它为每一个请求分配一个线程,而不是来一个处理一个.所以看起来它在同时处理多人请求.所有的商业的服务器都是并发的服务器.

  Java数据报类

  不像面向连接的类,数据报的客户端和服务器端的类在表面上是一样的.下面的程序建立了一个客户和服务器商的数据报sockets:

DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket( 4545 );
DatagramSocket clientSocket = newDatagramSocket(); 

  服务器用参数4545来指定端口号,由于客户端将要呼叫服务器,客户端可以利用可利用的端口.如果省略第二个参数,程序会让操作系统分配一个可用的端口.客户端可以请求一个指定的端口,但是如果其它的应用程序已经绑定到这个端口之上,请求将会失败.如果你的意图不是作为一个服务器,最好不要指定端口.

  由于流不能由交谈得到,那么我么如何与一个数据报Socket进行对话.答案在于数据报类.

  接收数据报

  DatagramPacket类是用来通过DatagramSocket类接收和发送数据的类.packet类包括了连接信息和数据.就如前面所说的一样,数据报是自身独立的传输单元.DatagramPacket类压缩了这些单元.下面的程序表示了用一个数据报socket来接收数据:

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[512],512);
clientSocket.receive(packet);
clientSocket.receive(packet); 

  packet的构建器需要知道将得到的数据放在哪儿.一个512字节的缓存被建立并且作为构建器的第二个参数.每二个构建器参数是缓存的大小.就像ServerSocket类的accept()方法一样,receive()方法在数据可用之前将会阻塞.

  发送数据报

  发送数据报是非常地简单地,所有需要的只是一个地址.地址是由InetAddress类来建立的.这个类没有公共的构建器,但是它有几个static的方法,可以用来建立这个类的实例.下面的列表列出了建立InetAddress类的实例的方法:

Public InetAddress Creation Methods

InetAddress getByName(String host);
InetAddress[] getAllByName(String host);
InetAddress getLocalHost(); 

  得到本地主机的地址是非常地有用的,只有前面两个方法是用来发送数据包的.getByName()和getAllByName()需要目的主机的地址.第一个方法仅仅只是返回第一个符合条件的东西.第二个方法是必须的,因为一台计算机可能有多个地址.在这种情况下,这台计算机被称为multi-homed.

  所有的建立的方法都被标记为static.它们必须像下面这样得到调用:

InetAddress addr1 = InetAddress.getByName("merlin");
InetAddress addr2[] = InetAddress.getAllByName("merlin");
InetAddress addr3 = InetAddress.getLocalHost();

  所有的这些调用都可以掷出一个UnknownHostException违例.如果一台计算机没有连接上DNS服务器,或者主机的确没有找到,这个违例就会被掷出.如果一台计算机没有一个激活的TCP/IP配置,getLocalHost()也为失败并掷出一个违例.

  一旦一个地址被确定了,数据报就可以被送出了.下面的程序传输了一个字符串给目的socket:

String toSend = "This is the data to send!");
byte[] sendbuf = new byte[ toSend.length() ];
toSend.getBytes( 0, toSend.length(), sendbuf, 0 );
DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket( sendbuf,sendbuf.length,addr, port);
clientSocket.send( sendPacket ); 

  首先,字符串必须被转换成一个字节数组.然后,一个新的DatagramPacket实例必须被建立.注意构建器的最后两个参数.因为要发送一个包,所以地址和端口必须被给定.一个applet可能可以知道它的服务器的地址,但是服务器如何知道它的客户机的地址呢.当任何一个包被收到后,返回的地址和端口会被解压出来,并通过getAddress()和getPort()方法得到.这就是一个服务器如何回应一个客户端的包:

DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket( sendbuf,sendbuf.length,
recvPacket.getAddress(), recvPacket.getPort() );
serverSocket.send( sendPacket ); 

  不像面向连接的操作,数据报服务器服务器其实比数据报客户端更简单:

  数据报服务器

  一个数据报服务器的基本步骤:

  1.在一个指定的端口上建立一个数据报socket.

  2.用receive方法等待进来的包.

  3.用特定的协议来回应收到的包.

  4.回到第二步或继续第二步.

  5.关闭数据报socket.

  列表9.3演示了一人简单的数据报回应服务器.它将回应它收到的包.

  列表9.3.一个简单的数据报回应服务器

import java.io.*;
import java.net.*;
public class SimpleDatagramServer
{
public static void main(String[] args)
{
DatagramSocket socket = null;
DatagramPacket recvPacket, sendPacket;
try
{
socket = new DatagramSocket(4545);
while (socket != null)
{
recvPacket= new DatagramPacket(new byte[512], 512);
socket.receive(recvPacket);
sendPacket = new DatagramPacket(
recvPacket.getData(), recvPacket.getLength(),
recvPacket.getAddress(), recvPacket.getPort() );
socket.send( sendPacket );
}
}
catch (SocketException se)
{
System.out.println("Error in SimpleDatagramServer: " + se);
}
catch (IOException ioe)
{
System.out.println("Error in SimpleDatagramServer: " +ioe); 

  简单的WEB服务器

  一个简单的WEB服务器将由列表9.2这样构建.当然,还必须要对方法和回应事件进行改进.简单的服务器不会分析和存储请求头.新的WEB服务器将分析和存储请求,为以后的处理作准备.为了达到这个目的,你必须有一个包含HTTP请求的类.

  HTTPrequest类

  列表9.5列出了一个完整的HTTPrequest类.这个类必须包括一个请求头所需的所有信息.

  列表9.5.HTTPrequest类.

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.net.*;
import Namevalue;
/**
* 这个类有一个HTTP请求的所有信息
*/
public class HTTPrequest
{
public String version;
public String method;
public String file;
public Socket clientSocket;
public DataInputStream inbound;
public Namevalue headerpairs[];
/**
* 建立一个这个类的实例
*/
public HTTPrequest()
{
version = null;
method = null;
file = null;
clientSocket = null;
inbound = null;
inbound = null;
headerpairs = new Namevalue[0];
}
/**
* 加入一个名称/值对到核心数组
*/
public void addNamevalue(String name, String value)
{
try
{
Namevalue temp[] = new Namevalue[ headerpairs.length + 1 ];
System.arraycopy(headerpairs, 0, temp, 0,headerpairs.length);
temp[ headerpairs.length ] = new Namevalue(name, value);
headerpairs = temp;
}
catch (NullPointerException npe)
{
System.out.println("NullPointerException while addingname-value:
" + npe);
}
}
/**
* 以字符串的形式归还这个类
*/
public String toString()
{
String s = method + " " + file + " " + version + " ";
for (int x = 0; x < headerpairs.length; x++ )
s += headerpairs[x] + " ";
return s;
}
}
 

  Namevalue类简单地存储了两个字符串:name 和value.当一个新的对要被加入时,一个新的数组将被分配.新的数组接受了旧的数组和新的成员.旧的数组然后被一个新建的对象覆盖了。

所属分类:编程相关.Net编程    作者:新浪博客    时间:2010-11-20 0:00:00

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