基于Java回顾之网络通信的应用分析
基于Java回顾之网络通信的应用分析
发布时间:2016-12-28 来源:查字典编辑
摘要: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...

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:

复制代码 代码如下:

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();

}

}

}

服务器端代码如下:

复制代码 代码如下:

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();

}

}

}

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:

复制代码 代码如下:

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();

}

}

}

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:

复制代码 代码如下:

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;

}

}

}

}

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:

复制代码 代码如下:

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());

}

}

}

Server端代码如下:

复制代码 代码如下:

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());

}

}

}

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:

复制代码 代码如下:

多播通信客户端

import java.net.*;

import java.io.*;

public class MulticastClient {

public static void main(String[] args)

{

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

try

{

InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");

int port = 5678;

while(true)

{

String line = br.readLine();

byte[] message = line.getBytes();

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, address, port);

MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket();

multicastSocket.send(packet);

if (line.equals("end")) break;

}

br.close();

}

catch(Exception ex)

{

System.err.println(ex.getMessage());

}

}

}

服务器端代码如下:

复制代码 代码如下:

多播通信服务器端

import java.net.*;

import java.io.*;

public class MulticastServer {

public static void main(String[] args)

{

int port = 5678;

try

{

MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(port);

InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");

multicastSocket.joinGroup(address);

byte[] buffer = new byte[1024];

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

while(true)

{

multicastSocket.receive(packet);

String message = new String(buffer, packet.getLength());

System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);

if (message.equals("end")) break;

packet.setLength(buffer.length);

}

multicastSocket.close();

}

catch(Exception ex)

{

System.err.println(ex.getMessage());

}

}

}

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。

复制代码 代码如下:

NIO例子

import java.io.*;

import java.nio.*;

import java.nio.channels.*;

import java.nio.charset.*;

import java.net.*;

public class NewIOSample {

public static void main(String[] args)

{

String host="127.0.0.1";

int port = 5678;

SocketChannel channel = null;

try

{

InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(host,port);

Charset charset = Charset.forName("UTF-8");

CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();

CharsetEncoder encoder = charset.newEncoder();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);

channel = SocketChannel.open();

channel.connect(address);

String request = "GET / rnrn";

channel.write(encoder.encode(CharBuffer.wrap(request)));

while((channel.read(buffer)) != -1)

{

buffer.flip();

decoder.decode(buffer, charBuffer, false);

charBuffer.flip();

System.out.println(charBuffer);

buffer.clear();

charBuffer.clear();

}

}

catch(Exception ex)

{

System.err.println(ex.getMessage());

}

finally

{

if (channel != null)

try {

channel.close();

} catch (IOException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

}

}

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。

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