java 基礎(chǔ)知識(shí)之網(wǎng)絡(luò)通信（TCP通信、UDP通信、多播以及NIO）總結(jié)
java 基礎(chǔ)知識(shí)之網(wǎng)路通信總結(jié)
在這篇文章里，我們主要討論如何使用Java實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，包括TCP通信、UDP通信、多播以及NIO。
TCP連接
TCP的基礎(chǔ)是Socket，在TCP連接中，我們會(huì)使用ServerSocket和Socket，當(dāng)客戶端和服務(wù)器建立連接以后，剩下的基本就是對(duì)I/O的控制了。
我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的TCP通信，它分為客戶端和服務(wù)器端。
客戶端代碼如下：
簡(jiǎn)單的TCP客戶端
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();
}
}
}
服務(wù)器端代碼如下：
簡(jiǎn)單版本TCP服務(wù)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();
}
}
}
這里的服務(wù)器的功能非常簡(jiǎn)單，它接收客戶端發(fā)來(lái)的消息，然后將消息“原封不動(dòng)”的返回給客戶端。當(dāng)客戶端發(fā)送“end”時(shí)，通信結(jié)束。
上面的代碼基本上勾勒了TCP通信過(guò)程中，客戶端和服務(wù)器端的主要框架，我們可以發(fā)現(xiàn)，上述的代碼中，服務(wù)器端在任何時(shí)刻，都只能處理來(lái)自客戶端的一個(gè)請(qǐng)求，它是串行處理的，不能并行，這和我們印象里的服務(wù)器處理方式不太相同，我們可以為服務(wù)器添加多線程，當(dāng)一個(gè)客戶端的請(qǐng)求進(jìn)入后，我們就創(chuàng)建一個(gè)線程，來(lái)處理對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求。
改善后的服務(wù)器端代碼如下：
多線程版本的TCP服務(wù)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();
}
}
}
修改后的服務(wù)器端，就可以同時(shí)處理來(lái)自客戶端的多個(gè)請(qǐng)求了。
在編程的過(guò)程中，我們會(huì)有“資源”的概念，例如數(shù)據(jù)庫(kù)連接就是一個(gè)典型的資源，為了提升性能，我們通常不會(huì)直接銷毀數(shù)據(jù)庫(kù)連接，而是使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的方式來(lái)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接進(jìn)行管理，已實(shí)現(xiàn)重用的目的。對(duì)于Socket連接來(lái)說(shuō)，它也是一種資源，當(dāng)我們的程序需要大量的Socket連接時(shí)，如果每個(gè)連接都需要重新建立，那么將會(huì)是一件非常沒(méi)有效率的做法。
和數(shù)據(jù)庫(kù)連接池類似，我們也可以設(shè)計(jì)TCP連接池，這里的思路是我們用一個(gè)數(shù)組來(lái)維持多個(gè)Socket連接，另外一個(gè)狀態(tài)數(shù)組來(lái)描述每個(gè)Socket連接是否正在使用，當(dāng)程序需要Socket連接時(shí)，我們遍歷狀態(tài)數(shù)組，取出第一個(gè)沒(méi)被使用的Socket連接，如果所有連接都在使用，拋出異常。這是一種很直觀簡(jiǎn)單的“調(diào)度策略”，在很多開(kāi)源或者商業(yè)的框架中（Apache/Tomcat），都會(huì)有類似的“資源池”。
TCP連接池的代碼如下：
一個(gè)簡(jiǎn)單的TCP連接池
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連接
UDP是一種和TCP不同的連接方式，它通常應(yīng)用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，對(duì)準(zhǔn)確定要求不高的場(chǎng)合，例如在線視頻。UDP會(huì)有“丟包”的情況發(fā)生，在TCP中，如果Server沒(méi)有啟動(dòng)，Client發(fā)消息時(shí)，會(huì)報(bào)出異常，但對(duì)UDP來(lái)說(shuō)，不會(huì)產(chǎn)生任何異常。
UDP通信使用的兩個(gè)類時(shí)DatagramSocket和DatagramPacket，后者存放了通信的內(nèi)容。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的UDP通信例子，同TCP一樣，也分為Client和Server兩部分，Client端代碼如下：
UDP通信客戶端
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端代碼如下：
UDP通信服務(wù)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());
}
}
}
這里，我們也假設(shè)和TCP一樣，當(dāng)Client發(fā)出“end”消息時(shí)，認(rèn)為通信結(jié)束，但其實(shí)這樣的設(shè)計(jì)不是必要的，Client端可以隨時(shí)斷開(kāi)，并不需要關(guān)心Server端狀態(tài)。
多播（Multicast）
多播采用和UDP類似的方式，它會(huì)使用D類IP地址和標(biāo)準(zhǔn)的UDP端口號(hào)，D類IP地址是指224.0.0.0到239.255.255.255之間的地址，不包括224.0.0.0。
多播會(huì)使用到的類是MulticastSocket，它有兩個(gè)方法需要關(guān)注：joinGroup和leaveGroup。
下面是一個(gè)多播的例子，Client端代碼如下：
多播通信客戶端
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());
}
}
}
服務(wù)器端代碼如下：
多播通信服務(wù)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，它在緩沖區(qū)管理、網(wǎng)絡(luò)通信、文件存取以及字符集操作方面有了新的設(shè)計(jì)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)說(shuō)，NIO使用了緩沖區(qū)和通道的概念。
下面是一個(gè)NIO的例子，和我們上面提到的代碼風(fēng)格有很大的不同。
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();
}
}
}
}
上述代碼會(huì)試圖訪問(wèn)一個(gè)本地的網(wǎng)址，然后將其內(nèi)容打印出來(lái)。
感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對(duì)本站的支持！
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