《Java程序案例教程》課件第12章

第12章Java網(wǎng)絡程序設計12.1Socket介紹

12.2Socket程序

12.3DatagramSocket程序

12.1Socket介紹

Socket是指網(wǎng)絡上運行的兩個程序間雙向通信的一端，它既可以接受請求，也可以發(fā)送請求，利用它可以較為方便地對網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)的傳遞進行編程。在Java中，有專門的Socket類來處理用戶的請求和響應。利用Socket類的方法，就可以實現(xiàn)兩臺計算機之間的通信。本章介紹在Java中如何利用Socket進行網(wǎng)絡編程。

在Java中Socket可以理解為客戶端或者服務器端的一個特殊對象，這個對象有兩個關鍵的方法：一個是getInputStream()方法，另一個是getOutputStream()方法。getInputStream()方法可以得到一個輸入流，客戶端的Socket對象上的getInputStream()方法得到的輸入流其實就是從服務器端發(fā)回的數(shù)據(jù)流。getOutputStream()方法得到一個輸出流，客戶端Socket對象上的getOutputStream()方法返回的輸出流就是將要發(fā)送到服務器端的數(shù)據(jù)流(其實是一個緩沖區(qū)，暫時存儲將要發(fā)送過去的數(shù)據(jù))。

Socket有兩種主要的操作方式：面向連接的和無連接的。面向連接的Socket操作就像一部電話，必須建立一個連接和一人呼叫，所有的事情在到達時的順序與它們出發(fā)時的順序一樣，無連接的Socket操作就像是一個郵件投遞，沒有什么保證，多個郵件可能在到達時的順序與出發(fā)時的順序不一樣。到底用哪種模式是由應用程序的需要決定的。如果可靠性更重要，則用面向連接的操作會好一些。比如，文件服務器需要數(shù)據(jù)的正確性和有序性，如果一些數(shù)據(jù)丟失，則系統(tǒng)的有效性將會失去。又如，一些服務器間歇性地發(fā)送一些數(shù)據(jù)塊，如果數(shù)據(jù)丟失，服務器并不想要再重新發(fā)過一次，因為當數(shù)據(jù)到達時，它可能已經(jīng)過時了。確保數(shù)據(jù)的有序性和正確性需要額外的內(nèi)存消耗，額外的費用將會降低系統(tǒng)的回應速率。無連接的操作使用數(shù)據(jù)報協(xié)議。一個數(shù)據(jù)報是一個獨立的單元，它包含了這次投遞的所有信息?？梢园阉胂蟪梢粋€信封，它有目的地址和要發(fā)送的內(nèi)容。這個模式下的Socket不需要連接一個目的地的Socket，它只是簡單地投出數(shù)據(jù)報。無連接的操作是快速的和高效的，但是數(shù)據(jù)安全性不佳。

面向連接的操作使用TCP協(xié)議。在該模式下，一個Socket必須在發(fā)送數(shù)據(jù)之前與目的地的Socket取得一個連接。一旦連接建立了，Socket就可以使用一個流接口進行打開、讀、寫、關閉操作。所有發(fā)送的信息都會在另一端以同樣的順序被接收。面向連接的操作比無連接的操作效率更低，但是數(shù)據(jù)的安全性更高。

12.2Socket程序

在Java中面向連接的類有兩種形式：客戶端和服務器端。下面討論服務器端。

下面建立服務器端程序，此服務器端程序只用于向客戶端輸出“helloworld!”字符串。

【例12-1】

HelloServer.java。圖12-1HelloServer運行結果程序說明：

(1)第7行聲明了一個ServerSocket的對象。

(2)第8行聲明了一個PrintWriter的對象，用于向客戶端打印輸出。

(3)第9行～第18行實例化ServerSocket對象，在9999端口進行監(jiān)聽。

(4)第19行聲明了一個Socket對象clientsocket，此對象用于接收客戶端的Socket連接。

(5)第20行～29行通過ServerSocket類中的accept()方法，接收客戶端的Socket請求，此方法返回一個客戶端的Socket請求。

(6)第30行通過客戶端的Socket對象去實例化PrintWriter對象，此時out對象就具備了向客戶端打印信息的能力。

(7)第31行調用println()方法，將信息打印至客戶端。

(8)第32行關閉客戶端Socket連接。

(9)第33行關閉服務器端Socket連接。

由運行結果可以發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行HelloServer.java之后，程序停在原處不動了，這就表示服務器在等待客戶端的連接，下面為程序的客戶端程序。

【例12-2】

HelloClient.java。圖12-2HelloClient運行結果程序說明：

(1)第7行聲明一個Socket的對象hellosocket。

(2)第8行聲明一個BufferedReader的對象in，此對象用于讀取服務器端發(fā)送過來的信息。

(3)第12行實例化hellosocket對象，此連接在本機的9999端口上監(jiān)聽。

(4)第13行通過hellosocket對象實例化BufferedReader對象。

(5)第25行等待服務器端發(fā)送過來的信息并打印。

(6)第26行關閉BufferedReader。

(7)第27行關閉Socket對象。下面再來看一個Socket的經(jīng)典范例——Echo程序，讀者可自行分析。

【例12-3】Echo服務器端程序EchoServer.java。

圖12-3Echo程序運行結果運行上面的程序可以看出，無論客戶端輸入什么，服務器端都會對數(shù)據(jù)進行回應，輸入“bye”之后程序會退出。但讀者可能會發(fā)現(xiàn)，此程序只能允許一個客戶端進行操作，即其他客戶端程序無法再進行Socket連接，那么該如何去解決這個問題呢？只要在服務器端實現(xiàn)多線程，則服務器可以同時處理多個客戶端請求，下面的代碼是改進后的EchoServer程序。

【例12-5】EchoMultiServerThread.java。

12.3DatagramSocket程序

使用流套接字的每個連接均要花費一定的時間，要減少這種開銷，網(wǎng)絡API提供了第二種套接字—自尋址套接字(datagramsocket)。自尋址使用UDP發(fā)送尋址信息(從客戶程序到服務程序或從服務程序到客戶程序)，不同的是可以通過自尋址套接字發(fā)送多IP信息包，自尋址信息包含在自尋址包中，此外自尋址包又包含在IP包內(nèi)，這就將尋址信息長度限制在60000字節(jié)內(nèi)。圖12-4顯示了位于IP包內(nèi)的自尋址包的自尋址信息。圖12-4IP包內(nèi)的自尋址包的自尋址信息與TCP保證信息到達信息目的地的方式不同，UDP提供了另外一種方法，如果自尋址信息包沒有到達目的地，那么UDP也不會請求發(fā)送者重新發(fā)送自尋址包，這是因為UDP在每一個自尋址包中包含了錯誤檢測信息，在每個自尋址包到達目的地之后UDP只進行簡單的錯誤檢查，如果檢測失敗，UDP將拋棄這個自尋址包，也不會從發(fā)送者那里重新請求替代者。這與通過郵局發(fā)送信件相似，發(fā)信人在發(fā)信之前不需要與收信人建立連接，同樣也不能保證信件能到達收信人那里。自尋址套接字工作常用的類包括下面兩個：DatagramPacket和DatagramSocket。DatagramPacket對象描繪了自尋址包的地址信息，DatagramSocket表示客戶程序和服務程序自尋址套接字。這兩個類均位于包內(nèi)。

1．DatagramPacket類

在使用自尋址包之前，需要首先熟悉DatagramPacket類，地址信息和自尋址包以字節(jié)數(shù)組的方式同時壓縮入這個類創(chuàng)建的對象中。DatagramPacket有數(shù)個構造方法，盡管這些構造方法的形式不同，但通常情況下它們都有兩個共同的參數(shù)：buffer和length。buffer參數(shù)包含了一個對保存自尋址數(shù)據(jù)包信息的字節(jié)數(shù)組的引用，length表示字節(jié)數(shù)組的長度。最簡單的構造方法是DatagramPacket(byte[]buffer,intlength),這個構造方法確定了自尋址數(shù)據(jù)包數(shù)組和數(shù)組的長度，但沒有任何自尋址數(shù)據(jù)包的地址和端口信息，這些信息可以通過調用方法setAddress(InetAddressaddr)和setPort(intport)添加。

2．DatagramSocket類

DatagramSocket類在客戶端創(chuàng)建自尋址套接字與服務器端進行通信連接，并發(fā)送和接收自尋址套接字。雖然有多個構造方法可供選擇，但創(chuàng)建客戶端自尋址套接字最便利的選擇是DatagramSocket()方法，而服務器端則是DatagramSocket(intport)方法。如果未能創(chuàng)建自尋址套接字或綁定自尋址套接字到本地端口，那么這兩個方法都將拋出一個SocketException對象。一旦程序創(chuàng)建了DatagramSocket對象，那么程序分別調用send(DatagramPacketdgp)和receive(DatagramPacketdgp)來發(fā)送和接收自尋址數(shù)據(jù)包。

【例12-7】UdpReceive.java。運行結果如圖12-5所示。圖12-5UDP程序運行結果

UDP數(shù)據(jù)的發(fā)送類似于發(fā)送尋呼，發(fā)送者將數(shù)據(jù)發(fā)送出去就不管了，是不可靠的，有可能在發(fā)送的過程中發(fā)生