基于Java回顾之网络通信的应用分析
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2023-12-16 18:50:16
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。...
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 / \r\n\r\n";
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。