java 基础知识之网络通信(TCP通信、UDP通信、多播以及NIO)总结
java基础知识之网路通信总结
在这篇文章里,我们主要讨论如何使用Java实现网络通信,包括TCP通信、UDP通信、多播以及NIO。
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:
简单的TCP客户端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassSimpleTcpClient{ publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException { Socketsocket=null; BufferedReaderbr=null; PrintWriterpw=null; BufferedReaderbrTemp=null; try { socket=newSocket(InetAddress.getLocalHost(),5678); br=newBufferedReader(newInputStreamReader(socket.getInputStream())); pw=newPrintWriter(socket.getOutputStream()); brTemp=newBufferedReader(newInputStreamReader(System.in)); while(true) { Stringline=brTemp.readLine(); pw.println(line); pw.flush(); if(line.equals("end"))break; System.out.println(br.readLine()); } } catch(Exceptionex) { 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:
简单版本TCP服务器端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassSimpleTcpServer{ publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException { ServerSocketserver=null; Socketclient=null; BufferedReaderbr=null; PrintWriterpw=null; try { server=newServerSocket(5678); client=server.accept(); br=newBufferedReader(newInputStreamReader(client.getInputStream())); pw=newPrintWriter(client.getOutputStream()); while(true) { Stringline=br.readLine(); pw.println("Response:"+line); pw.flush(); if(line.equals("end"))break; } } catch(Exceptionex) { 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:
多线程版本的TCP服务器端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassSmartTcpServer{ publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException { ServerSocketserver=newServerSocket(5678); while(true) { Socketclient=server.accept(); Threadthread=newServerThread(client); thread.start(); } } } classServerThreadextendsThread { privateSocketsocket=null; publicServerThread(Socketsocket) { this.socket=socket; } publicvoidrun(){ BufferedReaderbr=null; PrintWriterpw=null; try { br=newBufferedReader(newInputStreamReader(socket.getInputStream())); pw=newPrintWriter(socket.getOutputStream()); while(true) { Stringline=br.readLine(); pw.println("Response:"+line); pw.flush(); if(line.equals("end"))break; } } catch(Exceptionex) { System.err.println(ex.getMessage()); } finally { if(socket!=null) try{ socket.close(); }catch(IOExceptione1){ e1.printStackTrace(); } if(br!=null) try{ br.close(); }catch(IOExceptione){ 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:
一个简单的TCP连接池 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassTcpConnectionPool{ privateInetAddressaddress=null; privateintport; privateSocket[]arrSockets=null; privateboolean[]arrStatus=null; privateintcount; publicTcpConnectionPool(InetAddressaddress,intport,intcount) { this.address=address; this.port=port; this.count=count; arrSockets=newSocket[count]; arrStatus=newboolean[count]; init(); } privatevoidinit() { try { for(inti=0;iUDP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:
UDP通信客户端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassUdpClient{ publicstaticvoidmain(String[]args) { try { InetAddresshost=InetAddress.getLocalHost(); intport=5678; BufferedReaderbr=newBufferedReader(newInputStreamReader(System.in)); while(true) { Stringline=br.readLine(); byte[]message=line.getBytes(); DatagramPacketpacket=newDatagramPacket(message,message.length,host,port); DatagramSocketsocket=newDatagramSocket(); socket.send(packet); socket.close(); if(line.equals("end"))break; } br.close(); } catch(Exceptionex) { System.err.println(ex.getMessage()); } } }Server端代码如下:
UDP通信服务器端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassUdpServer{ publicstaticvoidmain(String[]args) { try { intport=5678; DatagramSocketdsSocket=newDatagramSocket(port); byte[]buffer=newbyte[1024]; DatagramPacketpacket=newDatagramPacket(buffer,buffer.length); while(true) { dsSocket.receive(packet); Stringmessage=newString(buffer,0,packet.getLength()); System.out.println(packet.getAddress().getHostName()+":"+message); if(message.equals("end"))break; packet.setLength(buffer.length); } dsSocket.close(); } catch(Exceptionex) { 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:
多播通信客户端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassMulticastClient{ publicstaticvoidmain(String[]args) { BufferedReaderbr=newBufferedReader(newInputStreamReader(System.in)); try { InetAddressaddress=InetAddress.getByName("230.0.0.1"); intport=5678; while(true) { Stringline=br.readLine(); byte[]message=line.getBytes(); DatagramPacketpacket=newDatagramPacket(message,message.length,address,port); MulticastSocketmulticastSocket=newMulticastSocket(); multicastSocket.send(packet); if(line.equals("end"))break; } br.close(); } catch(Exceptionex) { System.err.println(ex.getMessage()); } } }服务器端代码如下:
多播通信服务器端 importjava.net.*; importjava.io.*; publicclassMulticastServer{ publicstaticvoidmain(String[]args) { intport=5678; try { MulticastSocketmulticastSocket=newMulticastSocket(port); InetAddressaddress=InetAddress.getByName("230.0.0.1"); multicastSocket.joinGroup(address); byte[]buffer=newbyte[1024]; DatagramPacketpacket=newDatagramPacket(buffer,buffer.length); while(true) { multicastSocket.receive(packet); Stringmessage=newString(buffer,packet.getLength()); System.out.println(packet.getAddress().getHostName()+":"+message); if(message.equals("end"))break; packet.setLength(buffer.length); } multicastSocket.close(); } catch(Exceptionex) { System.err.println(ex.getMessage()); } } }NIO(NewIO)
NIO是JDK1.4引入的一套新的IOAPI,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。
NIO例子 importjava.io.*; importjava.nio.*; importjava.nio.channels.*; importjava.nio.charset.*; importjava.net.*; publicclassNewIOSample{ publicstaticvoidmain(String[]args) { Stringhost="127.0.0.1"; intport=5678; SocketChannelchannel=null; try { InetSocketAddressaddress=newInetSocketAddress(host,port); Charsetcharset=Charset.forName("UTF-8"); CharsetDecoderdecoder=charset.newDecoder(); CharsetEncoderencoder=charset.newEncoder(); ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(1024); CharBuffercharBuffer=CharBuffer.allocate(1024); channel=SocketChannel.open(); channel.connect(address); Stringrequest="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(Exceptionex) { System.err.println(ex.getMessage()); } finally { if(channel!=null) try{ channel.close(); }catch(IOExceptione){ //TODOAuto-generatedcatchblock 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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