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

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：

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：

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 ServergnElNUjwVThread(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：

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：

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：

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：

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：

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。

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);

charhttp://Buffer.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。

感谢阅读，希望能帮助到大家，谢谢大家对本站的支持！

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。