8.3 基于Socket（套接字）的低層次Java網(wǎng)絡(luò)編程

8.3.1 Socket通訊

網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序通過一個(gè)雙向的通訊連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個(gè)雙向鏈路的一端稱為一個(gè)Socket。Socket通常用來實(shí)現(xiàn)客戶方和服務(wù)方的連接。Socket是TCP/IP協(xié)議的一個(gè)十分流行的編程界面，一個(gè)Socket由一個(gè)IP地址和一個(gè)端口號(hào)唯一確定。

在傳統(tǒng)的UNIX環(huán)境下可以操作TCP/IP協(xié)議的接口不止Socket一個(gè)，Socket所支持的協(xié)議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯(lián)系的。在Java環(huán)境下，Socket編程主要是指基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程。

說Socket編程是低層次網(wǎng)絡(luò)編程并不等于它功能不強(qiáng)大，恰恰相反，正因?yàn)閷哟蔚停琒ocket編程比基于URL的網(wǎng)絡(luò)編程提供了更強(qiáng)大的功能和更靈活的控制，但是卻要更復(fù)雜一些。由于Java本身的特殊性，Socket編程在Java中可能已經(jīng)是層次最低的網(wǎng)絡(luò)編程接口，在Java中要直接操作協(xié)議中更低的層次，需要使用Java的本地方法調(diào)用（JNI），在這里就不予討論了。

8.3.2 Socket通訊的一般過

前面已經(jīng)提到Socket通常用來實(shí)現(xiàn)C/S結(jié)構(gòu)。

使用Socket進(jìn)行Client/Server程序設(shè)計(jì)的一般連接過程是這樣的：Server端Listen(監(jiān)聽)某個(gè)端口是否有連接請(qǐng)求，Client端向Server端發(fā)出Connect(連接)請(qǐng)求，Server端向Client端發(fā)回Accept（接受）消息。一個(gè)連接就建立起來了。Server端和Client端都可以通過Send，Write等方法與對(duì)方通信。

對(duì)于一個(gè)功能齊全的Socket，都要包含以下基本結(jié)構(gòu)，其工作過程包含以下四個(gè)基本的步驟：

（1） 創(chuàng)建Socket；

（2） 打開連接到Socket的輸入/出流；

（3） 按照一定的協(xié)議對(duì)Socket進(jìn)行讀/寫操作；

（4） 關(guān)閉Socket.

第三步是程序員用來調(diào)用Socket和實(shí)現(xiàn)程序功能的關(guān)鍵步驟，其他三步在各種程序中基本相同。

以上4個(gè)步驟是針對(duì)TCP傳輸而言的，使用UDP進(jìn)行傳輸時(shí)略有不同，在后面會(huì)有具體講解。

8.3.3 創(chuàng)建Socket

java在包java.net中提供了兩個(gè)類Socket和ServerSocket，分別用來表示雙向連接的客戶端和服務(wù)端。這是兩個(gè)封裝得非常好的類，使用很方便。其構(gòu)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分別是雙向連接中另一方的IP地址、主機(jī)名和端口號(hào)，stream指明socket是流socket還是數(shù)據(jù)報(bào)socket，localPort表示本地主機(jī)的端口號(hào)，localAddr和bindAddr是本地機(jī)器的地址（ServerSocket的主機(jī)地址），impl是socket的父類，既可以用來創(chuàng)建serverSocket又可以用來創(chuàng)建Socket。count則表示服務(wù)端所能支持的最大連接數(shù)。例如：

Socket client = new Socket('127.0.01.', 80);

ServerSocket server = new ServerSocket(80);

注意，在選擇端口時(shí)，必須小心。每一個(gè)端口提供一種特定的服務(wù)，只有給出正確的端口，才能獲得相應(yīng)的服務(wù)。0~1023的端口號(hào)為系統(tǒng)所保留，例如http服務(wù)的端口號(hào)為80,telnet服務(wù)的端口號(hào)為21,ftp服務(wù)的端口號(hào)為23, 所以我們?cè)谶x擇端口號(hào)時(shí)，最好選擇一個(gè)大于1023的數(shù)以防止發(fā)生沖突。

在創(chuàng)建socket時(shí)如果發(fā)生錯(cuò)誤，將產(chǎn)生IOException，在程序中必須對(duì)之作出處理。所以在創(chuàng)建Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

8.3.4 客戶端的Socket

下面是一個(gè)典型的創(chuàng)建客戶端Socket的過程。

　try{

　Socket socket=new Socket('127.0.0.1',4700);

　//127.0.0.1是TCP/IP協(xié)議中默認(rèn)的本機(jī)地址

　}catch(IOException e){

　System.out.println('Error:'+e);

　}

這是最簡(jiǎn)單的在客戶端創(chuàng)建一個(gè)Socket的一個(gè)小程序段，也是使用Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的第一步，程序相當(dāng)簡(jiǎn)單，在這里不作過多解釋了。在后面的程序中會(huì)用到該小程序段。

8.3.5 服務(wù)器端的ServerSocket

下面是一個(gè)典型的創(chuàng)建Server端ServerSocket的過程。

ServerSocket server=null;

try {

　server=new ServerSocket(4700);

　//創(chuàng)建一個(gè)ServerSocket在端口4700監(jiān)聽客戶請(qǐng)求

}catch(IOException e){

　System.out.println('can not listen to :'+e);

}

Socket socket=null;

try {

socket=server.accept();

//accept()是一個(gè)阻塞的方法，一旦有客戶請(qǐng)求，它就會(huì)返回一個(gè)Socket對(duì)象用于同客戶進(jìn)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，只不過在這里Server只能接收一個(gè)請(qǐng)求，接受完后Server就退出了。實(shí)際的應(yīng)用中總是讓它不停的循環(huán)接收，一旦有客戶請(qǐng)求，Server總是會(huì)創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)線程來服務(wù)新來的客戶，而自己繼續(xù)監(jiān)聽。程序中accept()是一個(gè)阻塞函數(shù)，所謂阻塞性方法就是說該方法被調(diào)用后，將等待客戶的請(qǐng)求，直到有一個(gè)客戶啟動(dòng)并請(qǐng)求連接到相同的端口，然后accept()返回一個(gè)對(duì)應(yīng)于客戶的socket。這時(shí)，客戶方和服務(wù)方都建立了用于通信的socket，接下來就是由各個(gè)socket分別打開各自的輸入/輸出流。

8.3.6 打開輸入/出流

類Socket提供了方法getInputStream ()和getOutStream()來得到對(duì)應(yīng)的輸入/輸出流以進(jìn)行讀/寫操作，這兩個(gè)方法分別返回InputStream和OutputSteam類對(duì)象。為了便于讀/寫數(shù)據(jù)，我們可以在返回的輸入/輸出流對(duì)象上建立過濾流，如DataInputStream、DataOutputStream或PrintStream類對(duì)象，對(duì)于文本方式流對(duì)象，可以采用InputStreamReader和OutputStreamWriter、PrintWirter等處理。

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()));

輸入輸出流是網(wǎng)絡(luò)編程的實(shí)質(zhì)性部分，具體如何構(gòu)造所需要的過濾流，要根據(jù)需要而定，能否運(yùn)用自如主要看讀者對(duì)Java中輸入輸出部分掌握如何。

8.3.7 關(guān)閉Socket

每一個(gè)Socket存在時(shí)，都將占用一定的資源，在Socket對(duì)象使用完畢時(shí)，要其關(guān)閉。關(guān)閉Socket可以調(diào)用Socket的Close（）方法。在關(guān)閉Socket之前，應(yīng)將與Socket相關(guān)的所有的輸入/輸出流全部關(guān)閉，以釋放所有的資源。而且要注意關(guān)閉的順序，與Socket相關(guān)的所有的輸入/輸出該首先關(guān)閉，然后再關(guān)閉Socket。

os.close();

is.close();

socket.close();

盡管Java有自動(dòng)回收機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)資源最終是會(huì)被釋放的。但是為了有效的利用資源，建議讀者按照合理的順序主動(dòng)釋放資源。

8.3.8 簡(jiǎn)單的Client/Server程序設(shè)計(jì)

下面我們給出一個(gè)用Socket實(shí)現(xiàn)的客戶和服務(wù)器交互的典型的C/S結(jié)構(gòu)的演示程序，讀者通過仔細(xì)閱讀該程序，會(huì)對(duì)前面所討論的各個(gè)概念有更深刻的認(rèn)識(shí)。程序的意義請(qǐng)參考注釋。

1. 客戶端程序

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);

//向本機(jī)的4700端口發(fā)出客戶請(qǐng)求

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

//由系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備構(gòu)造BufferedReader對(duì)象

PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());

//由Socket對(duì)象得到輸出流，并構(gòu)造PrintWriter對(duì)象

BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

//由Socket對(duì)象得到輸入流，并構(gòu)造相應(yīng)的BufferedReader對(duì)象

String readline;

readline=sin.readLine(); //從系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入一字符串

while(!readline.equals('bye')){

//若從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入的字符串為 'bye'則停止循環(huán)

os.println(readline);

//將從系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入的字符串輸出到Server

os.flush();

//刷新輸出流，使Server馬上收到該字符串

System.out.println('Client:'+readline);

//在系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸出上打印讀入的字符串

System.out.println('Server:'+is.readLine());

//從Server讀入一字符串，并打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出上

readline=sin.readLine(); //從系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入一字符串

} //繼續(xù)循環(huán)

os.close(); //關(guān)閉Socket輸出流

is.close(); //關(guān)閉Socket輸入流

socket.close(); //關(guān)閉Socket

}catch(Exception e) {

System.out.println('Error'+e); //出錯(cuò)，則打印出錯(cuò)信息

}

}

}