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Java网络通信认知

 本文转载自:http://wing011203.cnblogs.com/

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:

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简单的TCP客户端
import java.net.*;
import java.io.*;
public class SimpleTcpClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        Socket socket = null;
        BufferedReader br = null;
        PrintWriter pw = null;
        BufferedReader brTemp = null;
        try
        {
            socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 5678);
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            brTemp = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            while(true)
            {
                String line = brTemp.readLine();
                pw.println(line);
                pw.flush();
                if (line.equals("end")) break;
                System.out.println(br.readLine());
            }
        }
        catch(Exception ex)
        {
            System.err.println(ex.getMessage());
        }
        finally
        {
            if (socket != null) socket.close();
            if (br != null) br.close();
            if (brTemp != null) brTemp.close();
            if (pw != null) pw.close();
        }
    }
}
简单的TCP客户端

  服务器端代码如下:

技术分享
简单版本TCP服务器端
import java.net.*;
import java.io.*;
public class SimpleTcpServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        ServerSocket server = null;
        Socket client = null;
        BufferedReader br = null;
        PrintWriter pw = null;
        try
        {
            server = new ServerSocket(5678);
            client = server.accept();
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
            pw = new PrintWriter(client.getOutputStream());
            while(true)
            {
                String line = br.readLine();
                pw.println("Response:" + line);
                pw.flush();
                if (line.equals("end")) break;
            }
        }
        catch(Exception ex)
        {
            System.err.println(ex.getMessage());
        }
        finally
        {
            if (server != null) server.close();
            if (client != null) client.close();
            if (br != null) br.close();
            if (pw != null) pw.close();
        }
    }
}
简单版本TCP服务器端

 

  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:

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多线程版本的TCP服务器端
import java.net.*;
import java.io.*;
public class SmartTcpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        ServerSocket server = new ServerSocket(5678);
        while(true)
        {
            Socket client = server.accept();
            Thread thread = new ServerThread(client);
            thread.start();
        }
    }
}

class ServerThread extends Thread
{
    private Socket socket = null;

    public ServerThread(Socket socket)
    {
        this.socket = socket;
    }
    
    public void run() {
        BufferedReader br = null;
        PrintWriter pw = null;
        try
        {
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            while(true)
            {
                String line = br.readLine();
                pw.println("Response:" + line);
                pw.flush();
                if (line.equals("end")) break;
            }
        }
        catch(Exception ex)
        {
            System.err.println(ex.getMessage());
        }
        finally
        {
            if (socket != null)
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
            if (br != null)
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            if (pw != null) pw.close();
        }
    }
}
多线程版本的TCP服务器端

  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:

技术分享
一个简单的TCP连接池
import java.net.*;
import java.io.*;
public class TcpConnectionPool {

    private InetAddress address = null;
    private int port;
    private Socket[] arrSockets = null;
    private boolean[] arrStatus = null;
    private int count;
    
    public TcpConnectionPool(InetAddress address, int port, int count)
    {
        this.address = address;
        this.port = port;
        this .count = count;
        arrSockets = new Socket[count];
        arrStatus = new boolean[count];
        
        init();
    }
    
    private void init()
    {
        try
        {
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                arrSockets[i] = new Socket(address.getHostAddress(), port);
                arrStatus[i] = false;
            }
        }
        catch(Exception ex)
        {
            System.err.println(ex.getMessage());
        }
    }
    
    public Socket getConnection()
    {
        if (arrSockets == null) init();
        int i = 0;
        for(i = 0; i < count; i++)
        {
            if (arrStatus[i] == false) 
            {
                arrStatus[i] = true;
                break;
            }
        }
        if (i == count) throw new RuntimeException("have no connection availiable for now.");
        
        return arrSockets[i];
    }
    
    public void releaseConnection(Socket socket)
    {
        if (arrSockets == null) init();
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            if (arrSockets[i] == socket)
            {
                arrStatus[i] = false;
                break;
            }
        }
    }
    
    public void reBuild()
    {
        init();
    }
    
    public void destory()
    {
        if (arrSockets == null) return;
        
        for(int i = 0; i < count; i++)
        {
            try
            {
                arrSockets[i].close();
            }
            catch(Exception ex)
            {
                System.err.println(ex.getMessage());
                continue;
            }
        }
    }
}
一个简单的TCP连接池

  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:

技术分享
UDP通信客户端
import java.net.*;
import java.io.*;
public class UdpClient {

    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            InetAddress host = InetAddress.getLocalHost();
            int port = 5678;
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            while(true)
            {
                String line = br.readLine();
                byte[] message = line.getBytes();
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, host, port);
                DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
                socket.send(packet);
                socket.close();
                if (line.equals("end")) break;
            }
            br.close();
        }
        catch(Exception ex)
        {
            System.err.println(ex.getMessage());
        }
    }
}
UDP通信客户端

  Server端代码如下:

技术分享
UDP通信服务器端
import java.net.*;
import java.io.*;
public class UdpServer {

public static void main(String[] args)
{
try
{
int port = 5678;
DatagramSocket dsSocket = new DatagramSocket(port);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
while(true)
{
dsSocket.receive(packet);
String message = new String(buffer, 0, packet.getLength());
System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);
if (message.equals("end")) break;
packet.setLength(buffer.length);
}
dsSocket.close();
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
}
}
UDP通信服务器端

 

  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

技术分享
 1 多播通信客户端
 2 import java.net.*;
 3 import java.io.*;
 4 public class MulticastClient {
 5 
 6     public static void main(String[] args)
 7     {
 8         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
 9         try
10         {
11             InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
12             int port = 5678;
13             while(true)
14             {
15                 String line = br.readLine();
16                 byte[] message = line.getBytes();
17                 DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, address, port);
18                 MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket();
19                 multicastSocket.send(packet);
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 }
多播通信客户端

 

  服务器端代码如下:

技术分享
 1 多播通信服务器端
 2 import java.net.*;
 3 import java.io.*;
 4 public class MulticastServer {
 5 
 6     public static void main(String[] args)
 7     {
 8         int port = 5678;
 9         try
10         {
11             MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(port);
12             InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
13             multicastSocket.joinGroup(address);
14             byte[] buffer = new byte[1024];
15             DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
16             while(true)
17             {
18                 multicastSocket.receive(packet);
19                 String message = new String(buffer, packet.getLength());
20                 System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);
21                 if (message.equals("end")) break;
22                 packet.setLength(buffer.length);
23             }
24             multicastSocket.close();
25         }
26         catch(Exception ex)
27         {
28             System.err.println(ex.getMessage());
29         }
30     }
31 }
多播通信服务器端

 

  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。

技术分享
 1 NIO例子
 2 import java.io.*;
 3 import java.nio.*;
 4 import java.nio.channels.*;
 5 import java.nio.charset.*;
 6 import java.net.*;
 7 public class NewIOSample {
 8 
 9     public static void main(String[] args)
10     {
11         String host="127.0.0.1";
12         int port = 5678;
13         SocketChannel channel = null;
14         try
15         {
16             InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(host,port);
17             Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
18             CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
19             CharsetEncoder encoder = charset.newEncoder();
20             
21             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
22             CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);
23             
24             channel = SocketChannel.open();
25             channel.connect(address);
26             
27             String request = "GET / \r\n\r\n";
28             channel.write(encoder.encode(CharBuffer.wrap(request)));
29             
30             while((channel.read(buffer)) != -1)
31             {
32                 buffer.flip();
33                 decoder.decode(buffer, charBuffer, false);
34                 charBuffer.flip();
35                 System.out.println(charBuffer);
36                 buffer.clear();
37                 charBuffer.clear();
38             }
39         }
40         catch(Exception ex)
41         {
42             System.err.println(ex.getMessage());
43         }
44         finally
45         {
46             if (channel != null)
47                 try {
48                     channel.close();
49                 } catch (IOException e) {
50                     // TODO Auto-generated catch block
51                     e.printStackTrace();
52                 }
53         }
54     }
55 }
NIO例子

  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。

Java网络通信认知