8.3.1 Socket通訊
網路上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現數據的交換,這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket.Socket通常用來實現客戶方和服務方的連接.Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的編程界面,一個Socket由一個IP地址和一個埠號唯一確定.
在傳統的UNIX環境下可以操作TCP/IP協議的介面不止Socket一個,Socket所支持的協議種類也不光TCP/IP一種,因此兩者之間是沒有必然聯繫的.在Java環境下,Socket編程主要是指基於TCP/IP協議的網路編程.
8.3.2 Socket通訊的一般過程
使用Socket進行Client/Server程序設計的一般連接過程是這樣的：Server端Listen（監聽）某個埠是否有連接請求,Client端向Server端發出Connect（連接）請求,Server端向Client端發回Accept（接受）消息.一個連接就建立起來了.Server端和Client端都可以通過Send,Write等方法與對方通信.
對於一個功能齊全的Socket,都要包含以下基本結構,其工作過程包含以下四個基本的步驟：
（1） 創建Socket；
（2） 打開連接到Socket的輸入/出流；
（3） 按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作；
（4） 關閉Socket.
8.3.3 創建Socket
java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket,分別用來表示雙向連接的客戶端和服務端.這是兩個封裝得非常好的類,使用很方便.其構造方法如下：
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、主機名和埠號,stream指明socket是流socket還是數據報socket,localPort表示本地主機的埠號,localAddr和bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址）,impl是socket的父類,既可以用來創建serverSocket又可以用來創建Socket.count則表示服務端所能支持的最大連接數.例如：
Socket client = new Socket（"127.0.01.", 80）；
ServerSocket server = new ServerSocket（80）；
注意,在選擇埠時,必須小心.每一個埠提供一種特定的服務,只有給出正確的埠,才能獲得相應的服務.0~1023的埠號為系統所保留,例如http服務的埠號為80,telnet服務的埠號為21,ftp服務的埠號為23,
我們在選擇埠號時,最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突.
在創建socket時如果發生錯誤,將產生IOException,在程序中必須對之作出處理.
在創建Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外.
8.3.8 簡單的Client/Server程序設計
下面我們給出一個用Socket實現的客戶和伺服器交互的典型的C/S結構的演示程序,讀者通過仔細閱讀該程序,會對前面所討論的各個概念有更深刻的認識.程序的意義請參考註釋.
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）；
//向本機的4700埠發出客戶請求
BufferedReader sin=new BufferedReader（new InputStreamReader（System.in））；
//由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象
PrintWriter os=new PrintWriter（socket.getOutputStream（））；
//由Socket對象得到輸出流,並構造PrintWriter對象
BufferedReader is=new BufferedReader（new InputStreamReader（socket.getInputStream（）））；
//由Socket對象得到輸入流,並構造相應的BufferedReader對象
String readline;
readline=sin.readLine（）； //從系統標準輸入讀入一字元串
while（！readline.equals（"bye"））{
//若從標準輸入讀入的字元串為 "bye"則停止循環
os.println（readline）；
//將從系統標準輸入讀入的字元串輸出到Server
os.flush（）；
//刷新輸出流,使Server馬上收到該字元串
System.out.println（"Client:" readline）；
//在系統標準輸出上列印讀入的字元串
System.out.println（"Server:" is.readLine（））；
//從Server讀入一字元串,並列印到標準輸出上
readline=sin.readLine（）； //從系統標準輸入讀入一字元串
} //繼續循環
os.close（）； //關閉Socket輸出流
is.close（）； //關閉Socket輸入流
socket.close（）； //關閉Socket
}catch（Exception e） {
System.out.println（"Error" e）； //出錯,則列印出錯信息
}
}
}
2. 伺服器端程序
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.applet.Applet;
public class TalkServer{
public static void main（String args[]） {
try{
ServerSocket server=null;
try{
server=new ServerSocket（4700）；
//創建一個ServerSocket在埠4700監聽客戶請求
}catch（Exception e） {
System.out.println（"can not listen to:" e）；
//出錯,列印出錯信息
}
Socket socket=null;
try{
socket=server.accept（）；
//使用accept（）阻塞等待客戶請求,有客戶
//請求到來則產生一個Socket對象,並繼續執行
}catch（Exception e） {
System.out.println（"Error." e）；
//出錯,列印出錯信息
}
String line;
BufferedReader is=new BufferedReader（new InputStreamReader（socket.getInputStream（）））；
//由Socket對象得到輸入流,並構造相應的BufferedReader對象
PrintWriter os=newPrintWriter（socket.getOutputStream（））；
//由Socket對象得到輸出流,並構造PrintWriter對象
BufferedReader sin=new BufferedReader（new InputStreamReader（System.in））；
//由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象
System.out.println（"Client:" is.readLine（））；
//在標準輸出上列印從客戶端讀入的字元串
line=sin.readLine（）；
//從標準輸入讀入一字元串
while（！line.equals（"bye"））{
//如果該字元串為 "bye",則停止循環
os.println（line）；
//向客戶端輸出該字元串
os.flush（）；
//刷新輸出流,使Client馬上收到該字元串
System.out.println（"Server:" line）；
//在系統標準輸出上列印讀入的字元串
System.out.println（"Client:" is.readLine（））；
//從Client讀入一字元串,並列印到標準輸出上
line=sin.readLine（）；
//從系統標準輸入讀入一字元串
} //繼續循環
os.close（）； //關閉Socket輸出流
is.close（）； //關閉Socket輸入流
socket.close（）； //關閉Socket
server.close（）； //關閉ServerSocket
}catch（Exception e）{
System.out.println（"Error:" e）；
//出錯,列印出錯信息
}
}
}
8.3.9 支持多客戶的client/server程序設計
前面提供的Client/Server程序只能實現Server和一個客戶的對話.在實際應用中,往往是在伺服器上運行一個永久的程序,它可以接收來自其他多個客戶端的請求,提供相應的服務.為了實現在伺服器方給多個客戶提供服務的功能,需要對上面的程序進行改造,利用多線程實現多客戶機制.伺服器總是在指定的埠上監聽是否有客戶請求,一旦監聽到客戶請求,伺服器就會啟動一個專門的服務線程來響應該客戶的請求,而伺服器本身在啟動完線程之後馬上又進入監聽狀態,等待下一個客戶的到來.
ServerSocket serverSocket=null;
boolean listening=true;
try{
serverSocket=new ServerSocket（4700）；
//創建一個ServerSocket在埠4700監聽客戶請求
}catch（IOException e） { }
while（listening）{ //永遠循環監聽
new ServerThread（serverSocket.accept（）,clientnum）.start（）；
//監聽到客戶請求,根據得到的Socket對象和
客戶計數創建服務線程,並啟動之
clientnum ; //增加客戶計數
}
serverSocket.close（）； //關閉ServerSocket
設計ServerThread類
public class ServerThread extends Thread{
Socket socket=null; //保存與本線程相關的Socket對象
int clientnum; //保存本進程的客戶計數
public ServerThread（Socket socket,int num） { //構造函數
this.socket=socket; //初始化socket變數
clientnum=num 1; //初始化clientnum變數
}
public void run（） { //線程主體
try{//在這裡實現數據的接受和發送}
8.3.10 據報Datagram通訊
前面在介紹TCP/IP協議的時候,我們已經提到,在TCP/IP協議的傳輸層除了TCP協議之外還有一個UDP協議,相比而言UDP的應用不如TCP廣泛,幾個標準的應用層協議HTTP,FTP,SMTP…使用的都是TCP協議.但是,隨著計算機網路的發展,UDP協議正越來越來顯示出其威力,尤其是在需要很強的實時交互性的場合,如網路遊戲,視頻會議等,UDP更是顯示出極強的威力,下面我們就介紹一下Java環境下如何實現UDP網路傳輸.
8.3.11 什麼是Datagram
所謂數據報（Datagram）就跟日常生活中的郵件系統一樣,是不能保證可靠的寄到的,而面向鏈接的TCP就好比電話,雙方能肯定對方接受到了信息.在本章前面,我們已經對UDP和TCP進行了比較,在這裡再稍作小節：
TCP,可靠,傳輸大小無限制,但是需要連接建立時間,差錯控制開銷大.
UDP,不可靠,差錯控制開銷較小,傳輸大小限制在64K以下,不需要建立連接.
8.3.12 Datagram通訊的表示方法：DatagramSocket；DatagramPacket
包java.net中提供了兩個類DatagramSocket和DatagramPacket用來支持數據報通信,DatagramSocket用於在程序之間建立傳送數據報的通信連接, DatagramPacket則用來表示一個數據報.先來看一下DatagramSocket的構造方法：
DatagramSocket（）；
DatagramSocket（int prot）；
DatagramSocket（int port, InetAddress laddr）
其中,port指明socket所使用的埠號,如果未指明埠號,則把socket連接到本地主機上一個可用的埠.laddr指明一個可用的本地地址.給出埠號時要保證不發生埠衝突,否則會生成SocketException類例外.注意：上述的兩個構造方法都聲明拋棄非運行時例外SocketException,程序中必須進行處理,或者捕獲、或者聲明拋棄.
用數據報方式編寫client/server程序時,無論在客戶方還是服務方,
都要建立一個DatagramSocket對象,用來接收或發送數據報,然後使用DatagramPacket類對象作為傳輸數據的載體.下面看一下DatagramPacket的構造方法 ：
DatagramPacket（byte buf[],int length）；
DatagramPacket（byte buf[], int length, InetAddress addr, int port）；
DatagramPacket（byte[] buf, int offset, int length）；
DatagramPacket（byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port）；
其中,buf中存放數據報數據,length為數據報中數據的長度,addr和port旨明目的地址,offset指明了數據報的位移量.
在接收數據前,應該採用上面的第一種方法生成一個DatagramPacket對象,給出接收數據的緩衝區及其長度.然後調用DatagramSocket 的方法receive（）等待數據報的到來,receive（）將一直等待,直到收到一個數據報為止.
DatagramPacket packet=new DatagramPacket（buf, 256）；
Socket.receive （packet）；
發送數據前,也要先生成一個新的DatagramPacket對象,這時要使用上面的第二種構造方法,在給出存放發送數據的緩衝區的同時,還要給出完整的目的地址,包括IP地址和埠號.發送數據是通過DatagramSocket的方法send（）實現的,send（）根據數據報的目的地址來尋徑,以傳遞數據報.
DatagramPacket packet=new DatagramPacket（buf, length, address, port）；
Socket.send（packet）；
在構造數據報時,要給出InetAddress類參數.類InetAddress在包java.net中定義,用來表示一個Internet地址,我們可以通過它提供的類方法getByName（）從一個表示主機名的字元串獲取該主機的IP地址,然後再獲取相應的地址信息.
8.3.14 用數據報進行廣播通訊
DatagramSocket只允許數據報發送一個目的地址,java.net包中提供了一個類MulticastSocket,允許數據報以廣播方式發送到該埠的所有客戶.MulticastSocket用在客戶端,監聽伺服器廣播來的數據.
1. 客戶方程序：MulticastClient.java
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
public class MulticastClient {
public static void main（String args[]） throws IOException
{
MulticastSocket socket=new MulticastSocket（4446）；
//創建4446埠的廣播套接字
InetAddress address=InetAddress.getByName（"230.0.0.1"）；
//得到230.0.0.1的地址信息
socket.joinGroup（address）；
//使用joinGroup（）將廣播套接字綁定到地址上
DatagramPacket packet;
for（int i=0;i<5;i ） {
byte[] buf=new byte[256];
//創建緩衝區
packet=new DatagramPacket（buf,buf.length）；
//創建接收數據報
socket.receive（packet）； //接收
String received=new String（packet.getData（））；
//由接收到的數據報得到位元組數組,
//並由此構造一個String對象
System.out.println（"Quote of theMoment:" received）；
//列印得到的字元串
} //循環5次
socket.leaveGroup（address）；
//把廣播套接字從地址上解除綁定
socket.close（）； //關閉廣播套接字
}
}
2. 伺服器方程序：MulticastServer.java
public class MulticastServer{
public static void main（String args[]） throws java.io.IOException
{
new MulticastServerThread（）.start（）；
//啟動一個伺服器線程
}
}
3. 程序MulticastServerThread.java
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
public class MulticastServerThread extends QuoteServerThread
//從QuoteServerThread繼承得到新的伺服器線程類MulticastServerThread
{
Private long FIVE_SECOND=5000; //定義常量,5秒鐘
public MulticastServerThread（String name） throws IOException
{
super（"MulticastServerThread"）；
//調用父類,也就是QuoteServerThread的構造函數
}
public void run（） //重寫父類的線程主體
{
while（moreQuotes） {
//根據標誌變數判斷是否繼續循環
try{
byte[] buf=new byte[256];
//創建緩衝區
String dString=null;
if（in==null） dString=new Date（）.toString（）；
//如果初始化的時候打開文件失敗了,
//則使用日期作為要傳送的字元串
else dString=getNextQuote（）；
//否則調用成員函數從文件中讀出字元串
buf=dString.getByte（）；
//把String轉換成位元組數組,以便傳送send it
InetAddress group=InetAddress.getByName（"230.0.0.1"）；
//得到230.0.0.1的地址信息
DatagramPacket packet=new DatagramPacket（buf,buf.length,group,4446）；
//根據緩衝區,廣播地址,和埠號創建DatagramPacket對象
socket.send（packet）； //發送該Packet
try{
sleep（（long）（Math.random（）*FIVE_SECONDS））；
//隨機等待一段時間,0～5秒之間
}catch（InterruptedException e） { } //異常處理
}catch（IOException e）{ //異常處理
e.printStackTrace（ ）； //列印錯誤棧
moreQuotes=false; //置結束循環標誌
}
}
socket.close（ ）； //關閉廣播套介面
}
}
