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8.3 基于socket（套接字）的低层次Java网络编程 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。 说socket编程是低层次网络编程并不等于它功能不强大，恰恰相反，正因为层次低，socket编程比基于url的网络编程提供了更强大的功能和更灵活的控制，但是却要更复杂一些。由于java本身的特殊性，socket编程在java中可能已经是层次最低的网络编程接口，在java中要直接操作协议中更低的层次，需要使用java的本地方法调用（jni），在这里就不予讨论了。 8.3.2 socket通讯的一般过 前面已经提到socket通常用来实现c/s结构。 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. 第三步是程序员用来调用socket和实现程序功能的关键步骤，其他三步在各种程序中基本相同。 以上4个步骤是针对tcp传输而言的，使用udp进行传输时略有不同，在后面会有具体讲解。 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。 8.3.4 客户端的socket 下面是一个典型的创建客户端socket的过程。 try{ socket socket=new socket("127.0.0.1",4700); //127.0.0.1是tcp/ip协议中默认的本机地址 }catch(ioexception e){ system.out.println("error:"+e); } 这是最简单的在客户端创建一个socket的一个小程序段，也是使用socket进行网络通讯的第一步，程序相当简单，在这里不作过多解释了。在后面的程序中会用到该小程序段。 8.3.5 服务器端的serversocket 下面是一个典型的创建server端serversocket的过程。 serversocket server=null; try { server=new serversocket(4700); //创建一个serversocket在端口4700监听客户请求 }catch(ioexception e){ system.out.println("can not listen to :"+e); } socket socket=null; try { socket=server.accept(); //accept()是一个阻塞的方法，一旦有客户请求，它就会返回一个socket对象用于同客户进行交互 }catch(ioexception e){ system.out.println("error:"+e); } 以上的程序是server的典型工作模式，只不过在这里server只能接收一个请求，接受完后server就退出了。实际的应用中总是让它不停的循环接收，一旦有客户请求，server总是会创建一个服务线程来服务新来的客户，而自己继续监听。程序中accept()是一个阻塞函数，所谓阻塞性方法就是说该方法被调用后，将等待客户的请求，直到有一个客户启动并请求连接到相同的端口，然后accept()返回一个对应于客户的socket。这时，客户方和服务方都建立了用于通信的socket，接下来就是由各个socket分别打开各自的输入/输出流。 8.3.6 打开输入/出流 类socket提供了方法getinputstream ()和getoutstream()来得到对应的输入/输出流以进行读/写操作，这两个方法分别返回inputstream和outputsteam类对象。为了便于读/写数据，我们可以在返回的输入/输出流对象上建立过滤流，如datainputstream、dataoutputstream或printstream类对象，对于文本方式流对象，可以采用inputstreamreader和outputstreamwriter、printwirter等处理。 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())); 输入输出流是网络编程的实质性部分，具体如何构造所需要的过滤流，要根据需要而定，能否运用自如主要看读者对java中输入输出部分掌握如何。 8.3.7 关闭socket 每一个socket存在时，都将占用一定的资源，在socket对象使用完毕时，要其关闭。关闭socket可以调用socket的close（）方法。在关闭socket之前，应将与socket相关的所有的输入/输出流全部关闭，以释放所有的资源。而且要注意关闭的顺序，与socket相关的所有的输入/输出该首先关闭，然后再关闭socket。 os.close(); is.close(); socket.close(); 尽管java有自动回收机制，网络资源最终是会被释放的。但是为了有效的利用资源，建议读者按照合理的顺序主动释放资源。 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 } } } 从上面的两个程序中我们可以看到，socket四个步骤的使用过程。读者可以分别将socket使用的四个步骤的对应程序段选择出来，这样便于读者对socket的使用有进一步的了解。 读者可以在单机上试验该程序，最好是能在真正的网络环境下试验该程序，这样更容易分辨输出的内容和客户机，服务器的对应关系。同时也可以修改该程序，提供更为强大的功能，或更加满足读者的意图。 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。 客户端的程序和上面程序是完全一样的，读者如果仔细阅读过上面的程序，可以跳过不读，把主要精力集中在server端的程序上。 2. 服务器端程序: multitalkserver.java import java.io.*; import java.net.*; import serverthread; public class multitalkserver{ static int clientnum=0; //静态成员变量，记录当前客户的个数 public static void main(string args[]) throws ioexception { 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) { system.out.println("could not listen on port:4700."); //出错，打印出错信息 system.exit(-1); //退出 } 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 } } 3. 程序serverthread.java import java.io.*; import java.net.*; 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{ 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:"+ clientnum +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该字符串 system.out.println("client:"+ clientnum +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 } } } 通过以上的学习，读者应该对java的面向流的网络编程有了一个比较全面的认识，这些都是基于tcp的应用，后面我们将介绍基于udp的socket编程 |
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