Java回顾之网络通信

　　在这篇文章里，我们主要讨论如何使用Java实现网络通信，包括TCP通信、UDP通信、多播以及NIO。

　　TCP连接

　　TCP的基础是Socket，在TCP连接中，我们会使用ServerSocket和Socket，当客户端和服务器建立连接以后，剩下的基本就是对I/O的控制了。

　　我们先来看一个简单的TCP通信，它分为客户端和服务器端。

　　客户端代码如下：

简单的TCP客户端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class SimpleTcpClient {
 4 
 5     public static void main(String[] args) throws IOException
 6     {
 7         Socket socket = null;
 8         BufferedReader br = null;
 9         PrintWriter pw = null;
10         BufferedReader brTemp = null;
11         try
12         {
13             socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 5678);
14             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
15             pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
16             brTemp = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
17             while(true)
18             {
19                 String line = brTemp.readLine();
20                 pw.println(line);
21                 pw.flush();
22                 if (line.equals("end")) break;
23                 System.out.println(br.readLine());
24             }
25         }
26         catch(Exception ex)
27         {
28             System.err.println(ex.getMessage());
29         }
30         finally
31         {
32             if (socket != null) socket.close();
33             if (br != null) br.close();
34             if (brTemp != null) brTemp.close();
35             if (pw != null) pw.close();
36         }
37     }
38 }

　　服务器端代码如下：

简单版本TCP服务器端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class SimpleTcpServer {
 4 
 5     public static void main(String[] args) throws IOException
 6     {
 7         ServerSocket server = null;
 8         Socket client = null;
 9         BufferedReader br = null;
10         PrintWriter pw = null;
11         try
12         {
13             server = new ServerSocket(5678);
14             client = server.accept();
15             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
16             pw = new PrintWriter(client.getOutputStream());
17             while(true)
18             {
19                 String line = br.readLine();
20                 pw.println("Response:" + line);
21                 pw.flush();
22                 if (line.equals("end")) break;
23             }
24         }
25         catch(Exception ex)
26         {
27             System.err.println(ex.getMessage());
28         }
29         finally
30         {
31             if (server != null) server.close();
32             if (client != null) client.close();
33             if (br != null) br.close();
34             if (pw != null) pw.close();
35         }
36     }
37 }

　　这里的服务器的功能非常简单，它接收客户端发来的消息，然后将消息“原封不动”的返回给客户端。当客户端发送“end”时，通信结束。

　　上面的代码基本上勾勒了TCP通信过程中，客户端和服务器端的主要框架，我们可以发现，上述的代码中，服务器端在任何时刻，都只能处理来自客户端的一个请求，它是串行处理的，不能并行，这和我们印象里的服务器处理方式不太相同，我们可以为服务器添加多线程，当一个客户端的请求进入后，我们就创建一个线程，来处理对应的请求。

　　改善后的服务器端代码如下：

多线程版本的TCP服务器端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class SmartTcpServer {
 4     public static void main(String[] args) throws IOException
 5     {
 6         ServerSocket server = new ServerSocket(5678);
 7         while(true)
 8         {
 9             Socket client = server.accept();
10             Thread thread = new ServerThread(client);
11             thread.start();
12         }
13     }
14 }
15 
16 class ServerThread extends Thread
17 {
18     private Socket socket = null;
19 
20     public ServerThread(Socket socket)
21     {
22         this.socket = socket;
23     }
24     
25     public void run() {
26         BufferedReader br = null;
27         PrintWriter pw = null;
28         try
29         {
30             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
31             pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
32             while(true)
33             {
34                 String line = br.readLine();
35                 pw.println("Response:" + line);
36                 pw.flush();
37                 if (line.equals("end")) break;
38             }
39         }
40         catch(Exception ex)
41         {
42             System.err.println(ex.getMessage());
43         }
44         finally
45         {
46             if (socket != null)
47                 try {
48                     socket.close();
49                 } catch (IOException e1) {
50                     e1.printStackTrace();
51                 }
52             if (br != null)
53                 try {
54                     br.close();
55                 } catch (IOException e) {
56                     e.printStackTrace();
57                 }
58             if (pw != null) pw.close();
59         }
60     }
61 }

　　修改后的服务器端，就可以同时处理来自客户端的多个请求了。

　　在编程的过程中，我们会有“资源”的概念，例如数据库连接就是一个典型的资源，为了提升性能，我们通常不会直接销毁数据库连接，而是使用数据库连接池的方式来对多个数据库连接进行管理，已实现重用的目的。对于Socket连接来说，它也是一种资源，当我们的程序需要大量的Socket连接时，如果每个连接都需要重新建立，那么将会是一件非常没有效率的做法。

　　和数据库连接池类似，我们也可以设计TCP连接池，这里的思路是我们用一个数组来维持多个Socket连接，另外一个状态数组来描述每个Socket连接是否正在使用，当程序需要Socket连接时，我们遍历状态数组，取出第一个没被使用的Socket连接，如果所有连接都在使用，抛出异常。这是一种很直观简单的“调度策略”，在很多开源或者商业的框架中（Apache/Tomcat），都会有类似的“资源池”。

　　TCP连接池的代码如下：

一个简单的TCP连接池

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class TcpConnectionPool {
 4 
 5     private InetAddress address = null;
 6     private int port;
 7     private Socket[] arrSockets = null;
 8     private boolean[] arrStatus = null;
 9     private int count;
10     
11     public TcpConnectionPool(InetAddress address, int port, int count)
12     {
13         this.address = address;
14         this.port = port;
15         this .count = count;
16         arrSockets = new Socket[count];
17         arrStatus = new boolean[count];
18         
19         init();
20     }
21     
22     private void init()
23     {
24         try
25         {
26             for (int i = 0; i < count; i++)
27             {
28                 arrSockets[i] = new Socket(address.getHostAddress(), port);
29                 arrStatus[i] = false;
30             }
31         }
32         catch(Exception ex)
33         {
34             System.err.println(ex.getMessage());
35         }
36     }
37     
38     public Socket getConnection()
39     {
40         if (arrSockets == null) init();
41         int i = 0;
42         for(i = 0; i < count; i++)
43         {
44             if (arrStatus[i] == false) 
45             {
46                 arrStatus[i] = true;
47                 break;
48             }
49         }
50         if (i == count) throw new RuntimeException("have no connection availiable for now.");
51         
52         return arrSockets[i];
53     }
54     
55     public void releaseConnection(Socket socket)
56     {
57         if (arrSockets == null) init();
58         for (int i = 0; i < count; i++)
59         {
60             if (arrSockets[i] == socket)
61             {
62                 arrStatus[i] = false;
63                 break;
64             }
65         }
66     }
67     
68     public void reBuild()
69     {
70         init();
71     }
72     
73     public void destory()
74     {
75         if (arrSockets == null) return;
76         
77         for(int i = 0; i < count; i++)
78         {
79             try
80             {
81                 arrSockets[i].close();
82             }
83             catch(Exception ex)
84             {
85                 System.err.println(ex.getMessage());
86                 continue;
87             }
88         }
89     }
90 }

　　UDP连接

　　UDP是一种和TCP不同的连接方式，它通常应用在对实时性要求很高，对准确定要求不高的场合，例如在线视频。UDP会有“丢包”的情况发生，在TCP中，如果Server没有启动，Client发消息时，会报出异常，但对UDP来说，不会产生任何异常。

　　UDP通信使用的两个类时DatagramSocket和DatagramPacket，后者存放了通信的内容。

　　下面是一个简单的UDP通信例子，同TCP一样，也分为Client和Server两部分，Client端代码如下：

UDP通信客户端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class UdpClient {
 4 
 5     public static void main(String[] args)
 6     {
 7         try
 8         {
 9             InetAddress host = InetAddress.getLocalHost();
10             int port = 5678;
11             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
12             while(true)
13             {
14                 String line = br.readLine();
15                 byte[] message = line.getBytes();
16                 DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, host, port);
17                 DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
18                 socket.send(packet);
19                 socket.close();
20                 if (line.equals("end")) break;
21             }
22             br.close();
23         }
24         catch(Exception ex)
25         {
26             System.err.println(ex.getMessage());
27         }
28     }
29 }

　　Server端代码如下：

UDP通信服务器端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class UdpServer {
 4 
 5     public static void main(String[] args)
 6     {
 7         try
 8         {
 9             int port = 5678;
10             DatagramSocket dsSocket = new DatagramSocket(port);
11             byte[] buffer = new byte[1024];
12             DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
13             while(true)
14             {
15                 dsSocket.receive(packet);
16                 String message = new String(buffer, 0, packet.getLength());
17                 System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);
18                 if (message.equals("end")) break;
19                 packet.setLength(buffer.length);
20             }
21             dsSocket.close();
22         }
23         catch(Exception ex)
24         {
25             System.err.println(ex.getMessage());
26         }
27     }
28 }

　　这里，我们也假设和TCP一样，当Client发出“end”消息时，认为通信结束，但其实这样的设计不是必要的，Client端可以随时断开，并不需要关心Server端状态。

　　多播（Multicast）

　　多播采用和UDP类似的方式，它会使用D类IP地址和标准的UDP端口号，D类IP地址是指224.0.0.0到239.255.255.255之间的地址，不包括224.0.0.0。

　　多播会使用到的类是MulticastSocket，它有两个方法需要关注：joinGroup和leaveGroup。

　　下面是一个多播的例子，Client端代码如下：

多播通信客户端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class MulticastClient {
 4 
 5     public static void main(String[] args)
 6     {
 7         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
 8         try
 9         {
10             InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
11             int port = 5678;
12             while(true)
13             {
14                 String line = br.readLine();
15                 byte[] message = line.getBytes();
16                 DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, address, port);
17                 MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket();
18                 multicastSocket.send(packet);
19                 if (line.equals("end")) break;
20             }
21             br.close();
22         }
23         catch(Exception ex)
24         {
25             System.err.println(ex.getMessage());
26         }
27     }
28 }

　　服务器端代码如下：

多播通信服务器端

 1 import java.net.*;
 2 import java.io.*;
 3 public class MulticastServer {
 4 
 5     public static void main(String[] args)
 6     {
 7         int port = 5678;
 8         try
 9         {
10             MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(port);
11             InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
12             multicastSocket.joinGroup(address);
13             byte[] buffer = new byte[1024];
14             DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
15             while(true)
16             {
17                 multicastSocket.receive(packet);
18                 String message = new String(buffer, packet.getLength());
19                 System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);
20                 if (message.equals("end")) break;
21                 packet.setLength(buffer.length);
22             }
23             multicastSocket.close();
24         }
25         catch(Exception ex)
26         {
27             System.err.println(ex.getMessage());
28         }
29     }
30 }

　　NIO（New IO）

　　NIO是JDK1.4引入的一套新的IO API，它在缓冲区管理、网络通信、文件存取以及字符集操作方面有了新的设计。对于网络通信来说，NIO使用了缓冲区和通道的概念。

　　下面是一个NIO的例子，和我们上面提到的代码风格有很大的不同。

NIO例子

 1 import java.io.*;
 2 import java.nio.*;
 3 import java.nio.channels.*;
 4 import java.nio.charset.*;
 5 import java.net.*;
 6 public class NewIOSample {
 7 
 8     public static void main(String[] args)
 9     {
10         String host="127.0.0.1";
11         int port = 5678;
12         SocketChannel channel = null;
13         try
14         {
15             InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(host,port);
16             Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
17             CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
18             CharsetEncoder encoder = charset.newEncoder();
19             
20             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
21             CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);
22             
23             channel = SocketChannel.open();
24             channel.connect(address);
25             
26             String request = "GET / \r\n\r\n";
27             channel.write(encoder.encode(CharBuffer.wrap(request)));
28             
29             while((channel.read(buffer)) != -1)
30             {
31                 buffer.flip();
32                 decoder.decode(buffer, charBuffer, false);
33                 charBuffer.flip();
34                 System.out.println(charBuffer);
35                 buffer.clear();
36                 charBuffer.clear();
37             }
38         }
39         catch(Exception ex)
40         {
41             System.err.println(ex.getMessage());
42         }
43         finally
44         {
45             if (channel != null)
46                 try {
47                     channel.close();
48                 } catch (IOException e) {
49                     // TODO Auto-generated catch block
50                     e.printStackTrace();
51                 }
52         }
53     }
54 }

　　上述代码会试图访问一个本地的网址，然后将其内容打印出来。

posted @ 2013-05-03 18:24 李潘阅读(9790) 评论(0) 编辑收藏举报

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