【网络编程socket】BIO & Socket和ServerSocket的简单例子

程序员文章站 2024-02-24 12:53:40

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文章目录

概述

ServerSocket是基于BIO的

1、构造ServerSocket

ServerSocket的构造方法有以下几种重载形式：

ServerSocket()throws IOException
ServerSocket(int port) throws IOException
ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException

在以上构造方法中，参数port指定服务器要绑定的端口（服务器要监听的端口），参数backlog指定客户连接请求队列的长度，参数bindAddr指定服务器要绑定的IP地址。

1.1 、绑定端口

除不带参数的构造方法以外，其他构造方法都会使服务器与特定端口绑定，该端口由参数port指定。

如果端口被其他服务进程占用，或是，在某些系统中，若没有以超级用户身份运行服务器程序，操作系统不允许服务器绑定到1-1023的端口时，会抛出BindException。

1.2、设定客户连接请求队列的长度

当服务器进程运行时，可能会同时监听到多个客户的连接请求。管理客户端连接请求的任务是由操作系统来完成的。操作系统将连接请求存储在一个先进先出队列中。许多操作系统限定了队列的最大长度，一般为50。当队列中的连接请求达到了队列的最大容量时，服务器进程所在的主机会拒绝新的连接请求。只有当服务器进程通过ServerSocket的accept()方法从队列中取出连接请求，使队列腾出空位时，队列才能继续加入新的连接请求。

对于客户进程，如果它发出的连接请求被加入到服务器的队列中，就意味着客户与服务器的连接建立成功，客户进程从Socket构造方法中正常返回。如果客户进程发出的连接请求被服务器拒绝，Socket构造方法就会抛出ConnectionException。

ServerSocket构造方法的backlog参数用来显式设置连接请求队列的长度，它将覆盖操作系统限定的队列的最大长度。

在以下几种情况，仍然采用操作系统限定的队列最大长度：

backlog参数的值大于操作系统限定的队列的最大长度；
backlog参数的值小于或等于0；
在ServerSocket构造方法中没有设置backlog参数。

1.3、设定绑定的IP地址

若主机只有一个地址，则服务器默认绑定该地址；若主机有多个地址，则可以调用ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)构造方法设置主机ip地址。

1.4、默认构造方法的作用

ServerSocket有一个不带参数的默认构造方法。通过该方法创建的ServerSocket不与任何端口绑定，接下来还需要通过bind()方法与特定端口绑定。

这个默认构造方法的用途是，允许服务器在绑定到特定端口之前，先设置ServerSocket的一些选项。因为一旦服务器与特定端口绑定，有些选项就不能再改变了。

2、接收和关闭与客户的连接

ServerSocket的accept()方法从连接请求队列中取出一个客户的连接请求，然后创建与客户连接的Socket对象，并将它返回。如果队列中没有连接请求，accept()方法就会一直等待，直到接收到了连接请求才返回。

服务器从Socket对象中获得输入流和输出流

，就能与客户交换数据。当服务器正在进行发送数据的操作时，如果客户端断开了连接，那么服务器端会抛出一个IOException的子类SocketException异常：java.net.SocketException: Connection reset by peer。

3、关闭ServerSocket

ServerSocket的close()方法使服务器释放占用的端口，并且断开与所有客户的连接。当一个服务器程序运行结束时，即使没有执行ServerSocket的close()方法，操作系统也会释放这个服务器占用的端口。因此，服务器程序并不一定要在结束之前执行ServerSocket的close()方法。

在某些情况下，如果希望及时释放服务器的端口，以便让其他程序能占用该端口，则可以显式调用ServerSocket的close()方法。

ServerSocket的isClosed()方法判断ServerSocket是否关闭，只有执行了ServerSocket的close()方法，isClosed()方法才返回true；否则，即使ServerSocket还没有和特定端口绑定，isClosed()方法也会返回false。

ServerSocket的isBound()方法判断ServerSocket是否已经与一个端口绑定，只要ServerSocket已经与一个端口绑定，即使它已经被关闭，isBound()方法也会返回true。

4、获取ServerSocket的信息

public InetAddress getInetAddress()：获取服务器绑定的ip地址；
public int getLocalPort()：获取服务器绑定的端口；

在构造ServerSocket时，如果把端口设为0，那么将由操作系统为服务器分配一个端口（称为匿名端口），程序只要调用getLocalPort()方法就能获知这个端口号。多数服务器会监听固定的端口，这样才便于客户程序访问服务器。匿名端口一般适用于服务器与客户之间的临时通信，通信结束，就断开连接，并且ServerSocket占用的临时端口也被释放。

5、ServerSocket选项

ServerSocket有以下3个选项。

SO_TIMEOUT：表示等待客户连接的超时时间。
SO_REUSEADDR：表示是否允许重用服务器所绑定的地址。
SO_RCVBUF：表示接收数据的缓冲区的大小。

5.1、SO_TIMEOUT选项

设置该选项：public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException
读取该选项：public int getSoTimeout () throws IOException

SO_TIMEOUT表示ServerSocket的accept()方法等待客户连接的超时时间，以毫秒为单位。如果SO_TIMEOUT的值为0，表示永远不会超时，这是SO_TIMEOUT的默认值。

当服务器执行ServerSocket的accept()方法时，如果连接请求队列为空，服务器就会一直等待，直到接收到了客户连接才从accept()方法返回。如果设定了超时时间，那么当服务器等待的时间超过了超时时间，就会抛出SocketTimeoutException，它是InterruptedException的子类。

5.2、SO_REUSEADDR选项

设置该选项：public void setResuseAddress(boolean on) throws SocketException
读取该选项：public boolean getResuseAddress() throws SocketException

这个选项与Socket的SO_REUSEADDR选项相同，用于决定如果网络上仍然有数据向旧的ServerSocket传输数据，是否允许新的ServerSocket绑定到与旧的ServerSocket同样的端口上。SO_REUSEADDR选项的默认值与操作系统有关，在某些操作系统中，允许重用端口，而在某些操作系统中不允许重用端口。

当ServerSocket关闭时，如果网络上还有发送到这个ServerSocket的数据，这个ServerSocket不会立刻释放本地端口，而是会等待一段时间，确保接收到了网络上发送过来的延迟数据，然后再释放端口

许多服务器程序都使用固定的端口。当服务器程序关闭后，有可能它的端口还会被占用一段时间，如果此时立刻在同一个主机上重启服务器程序，由于端口已经被占用，使得服务器程序无法绑定到该端口，服务器启动失败，并抛出BindException。

为了确保一个进程关闭了ServerSocket后，即使操作系统还没释放端口，同一个主机上的其他进程还可以立刻重用该端口，可以调用ServerSocket.setResuseAddress(true)方法

5.3、SO_RCVBUF选项

设置该选项：public void setReceiveBufferSize(int size) throws SocketException
读取该选项：public int getReceiveBufferSize() throws SocketException

SO_RCVBUF表示服务器端的用于接收数据的缓冲区的大小，以字节为单位。一般说来，传输大的连续的数据块（基于HTTP或FTP协议的数据传输）可以使用较大的缓冲区，这可以减少传输数据的次数，从而提高传输数据的效率。而对于交互式的通信（Telnet和网络游戏），则应该采用小的缓冲区，确保能及时把小批量的数据发送给对方。

5.4、设定连接时间、延迟和带宽的相对重要性

public void setPerformancePreferences(int connectionTime,int latency,int bandwidth)

该方法的作用与Socket的setPerformancePreferences()方法的作用相同，用于设定连接时间、延迟和带宽的相对重要性。

6、创建多线程服务器

许多实际应用要求服务器具有同时为多个客户提供服务的能力。HTTP服务器就是最明显的例子。任何时刻，HTTP服务器都可能接收到大量的客户请求，每个客户都希望能快速得到HTTP服务器的响应。如果长时间让客户等待，会使网站失去信誉，从而降低访问量。

可以用并发性能来衡量一个服务器同时响应多个客户的能力。一个具有好的并发性能的服务器，必须符合两个条件：

能同时接收并处理多个客户连接；
对于每个客户，都会迅速给予响应。

用多个线程来同时为多个客户提供服务，这是提高服务器的并发性能的最常用的手段。

以下将按照3中方式来实现EchoServer，它们都使用多线程。

为每个客户分配一个工作线程。
使用线程池，由其中的工作线程来为客户服务。
可以利用JDK的Java类库中现成的线程池，由它的工作线程来为客户服务。

6.1、为每个客户分配一个线程

服务器的主线程负责接收客户的连接，每次接收到一个客户连接，就会创建一个工作线程，由它负责与客户的通信。

public static void start(){
  try{
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);
    System.out.println("server listen on port:" + PORT);
    while (true){
      try {
        Socket client = serverSocket.accept();
        System.out.println("receive client connect, localPort=" + client.getPort());
        //每次都new一个新的线程
        new Thread(new EchoServer.HandlerServer(client)).start();
      }catch (Exception e){
        System.out.println("client exception,e=" + e.getMessage());
      }
    }
  }catch(Exception e){
    System.out.println("server exception,e=" + e.getMessage());
  }
}

6.2、使用JDK类库提供的线程池

以此，提供一个完整的例子：

在这里插入代码片

参考：
《Socket和ServerSocket的简单介绍及例子》

《ServerSocket详解》