【转】在Java与C程序间进行socket通信的讨论

1. 背景
使用socket在Java程序与C程序间进行进程间通信。本文主要描述了在同C程序进行通信的Client端的Java实现功能。

1.1. 使用的语言
Client端：Java，JVM（JDK1.3）
Server端：C，UNIX（Sun Solaris）

1.2. 讨论范围
数据发送：只涉及到Java中int整型系列的讨论，包括byte，short，int。
数据接受：涉及到byte，short，int，long，float，double，char。

1.3.Java与C的数据类型的比较
Type Java C
short 2-Byte 2-Byte
int 4-Byte 4-Byte
long 8-Byte 4-Byte
float 4-Byte 4-Byte
double 8-Byte 8-Byte
boolean 1-bit N/A
byte 1-Byte N/A
char 2-Byte 1-Byte

2. 实现
输出流：使用OutputStream流发送数据到C程序端。
输入流：使用DataInputStream流从C程序端接受数据

2.1. 数据发送
由于DataOutputStream流对于Java各个基本数据类型都相应地提供了“写”方法，如wrightShort和wrightInt等，因此当进行进程间通信（sockect通信）时，我们总是优先考虑使用DataOutputStream流。
下面我们对DataOutputStream流及其成员方法进行分析：

2.1.1. DataOutputStream流
DataOutputStream流实现了接口DataOutput。
本文只讨论writeByte(int v)、writeShort(int v)和writeInt(int v)部分（这是因为我们需要发送的数据只涉及到int，short和byte，其它的long，double等则不在这里介绍），而且它们都有一个共同的特征，即唯一的int类型的输入参数。
这些成员方法的功能描述也为我们以后手动进行字节顺序转换，提供了理论依据。
<clk style="font-size: 12px"></clk>2.1.2. <nobr style="font-size: 12px; color: #6600ff; border-bottom: #6600ff 1px dotted; background-color: transparent; text-decoration: underline">网络</nobr>字节顺序
规定：网络上传输的数据统一采用Big Endian格式（即“高字节在前”），我们称之为“网络字节顺序”（network byte order）。

Big Endian格式：
高字节 低字节
1 2 3 4
Byte[0] byte[1] byte[2] byte[3]输出缓冲区

因此，无论本机字节顺序采用的那种顺序，在发送到网络之前都要转化为网络字节顺序，才能进行传输。特别是在Java与C两种不同语言的应用程序间进行通信时，这一点优为重要。（若是两个Java程序间通信时可能只要保证接受与发送采用相同的字节顺序，则可以不进行转换格式，但这种做法并不好，不具有良好的移植性）

2.1.3. 数据发送：手动字节转换 / writeInt方法
以writeInt(int v)为例进行描述：
阅读DataOutput的writeInt(int v)方法的文档可知：
使用writeInt方法可以写一个4-byte的int值v到输出流，其字节顺序为:

(byte)(0xff & (v >> 24)) byte[0] 高字节
(byte)(0xff & (v >> 16)) byte[1]
(byte)(0xff & (v >> 8)) byte[2]
(byte)(0xff & v) byte[3] 低字节
这样的字节顺序为Big Endian格式，标准的“网络字节顺序”。
但是在实际工作中输出流采用DataOutputStream.readInt(int)方法时写数据出错，需要自己手动按照以上所说的对需要写的v值进行转换（通过移位完成），转换的代码如下所示，可参见程序SocketClient.java中的ByteConverter.intToByte()方法。
static public final byte[] intToByte(
int value, int offset, int length, byte[] buffer)
{ // High byte first on network
for (int i=0,j=length-1; i<length; i++,j--) {
if ( j+offset >= 0 && j+offset < 1024 ) {
buffer[j+offset] = (byte)( (value >> i*8) & 0xFF );
} else {
System.out.println (
"Array index out of the bounds:Index=" + (j+offset) );
}
}
return buffer;
}


2.2. 数据接收
同数据发送相同，由于DataInputStream流对于Java各个基本数据类型都相应地提供了“读”方法，如readShort和readInt等，因此当进行进程间通信（sockect通信）时，我们总是优先考虑使用DataInputStream流。
而与数据发送不同的是，DataInputStream下的成员方法经实际测试，“基本上可以”根据数据类型正确读出相应的数值。
但并非完美，特别是与不同语言的应用程序进行通信时（如C）。

根据表1（Java与C的数据类型的比较）可知：
(1)long型的字节数在Java和C中相差4个字节：
因此由readLong方法读来的数值应进行带符号的右移32（4-byte）位才能得到在C程序中相应的long型数值。
Type Java C
long 8-Byte 4-Byte

(2)由于Java中的char型为2个字节，C中的char型为1个字节，因此不能使用readChar方法来读取C程序中的char数值。
然而在Java中byte型为1个字节长，因此可以使用readByte方法得到C程序中的char型数值。
Type Java C
byte 1-Byte N/A
char 2-Byte 1-Byte