java网络编程用法详解一

在客户/服务器通信模式中，服务器端需要创建监听特定端口的ServerSocket，ServerSocket负责接收客户连接请求。本章首先介绍ServerSocket类的各个构造方法，以及成员方法的用法，接着介绍服务器如何用多线程来处理与多个客户的通信任务。

本章提供线程池的一种实现方式。线程池包括一个工作队列和若干工作线程。服务器程序向工作队 列中加入与客户通信的任务，工作线程不断从工作队列中取 出任务并执行它。本章还介绍了java.util.concurrent包中的线程池类的用法，在服务器程序中可以直接使用它们。

3.1  构造ServerSocket

ServerSocket的构造方法有以下几种重载形式：

◆ServerSocket()throws IOException 

◆ServerSocket(int port) throws IOException 

◆ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException

◆ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException   

在以上构造方法中，参数port指定服务器要绑定的端口（服务器要监听的端口），参数backlog指定客户连接请求队列的长度，参数bindAddr指定服务器要绑定的IP地址。 

3.1.1  绑定端口

除了第一个不带参数的构造方法以外，其他构造方法都会使服务器与特定端口绑定，该端口由参数port指定。例如，以下代码创建了一个与80端口绑定的服务器：

 

 

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(80);

如果运行时无法绑定到80端口，以上代码会抛出IOException，更确切地说，是抛出BindException，它是IOException的子类。BindException一般是由以下原因造成的：

◆端口已经被其他服务器进程占用；

◆在某些操作系统中，如果没有以超级用户的身份来运行服务器程序，那么操作系统不允许服务器绑定到1~1023之间的端口。

如果把参数port设为0，表示由操作系统来为服务器分配一个任意可用的端口。由操作系统分 配的端口也称为匿名端口。对于多数服务器，会使用明确的 端口，而不会使用匿名端口，因为客户程序需要事先知道服务器的端口，才能方便地访问服务器。在某些场合，匿名端口有着特殊的用途，本章3.4节会对此作介 绍。

3.1.2  设定客户连接请求队列的长度

当服务器进程运行时，可能会同时监听到多个客户的连接请求。例如，每当一个客户进程执行以下代码：

 

 

Socket socket=new Socket(www.javathinker.org,80 );

就意味着在远程www.javathinker.org 主 机的80端口上，监听到了一个客户的连接请求。管理客户连接请求的任务是由操作系统来完成的。操作系统把这些连接请求存储在一个先进先出的队列中。许多操 作系统限定了队列的最大长度，一般为50。当队列中的连接请求达到了队列的最大容量时，服务器进程所在的主机会拒绝新的连接请求。只有当服务器进程通过 ServerSocket的accept()方法从队列中取出连接请求，使队列腾出空位时，队列才能继续加入新的连接请求。

对于客户进程，如果它发出的连接请求被加入到服务器的队列中，就意味着客户与服务器的连接建立成功，客户进程从Socket构造方法中正常返回。如果客户进程发出的连接请求被服务器拒绝，Socket构造方法就会抛出ConnectionException。

ServerSocket构造方法的backlog参数用来显式设置连接请求队列的长度，它将覆盖操作系统限定的队列的最大长度。值得注意的是，在以下几种情况中，仍然会采用操作系统限定的队列的最大长度：

◆backlog参数的值大于操作系统限定的队列的最大长度；

◆backlog参数的值小于或等于0；

◆在ServerSocket构造方法中没有设置backlog参数。

以下例程3-1的Client.java和例程3-2的Server.java用来演示服务器的连接请求队列的特性。

例程3-1  Client.java

 

 

import java.net.*;

public class Client {

public static void main(String args[])throws Exception{

final int length=100;

String host="localhost";

int port=8000;

Socket[] sockets=new Socket[length];

for(int i=0;i

sockets[i]=new Socket(host, port);

System.out.println("第"+(i+1)+"次连接成功");

}

Thread.sleep(3000);

for(int i=0;i

sockets[i].close();      //断开连接

} 

}

}

例程3-2  Server.java

 

 

import java.io.*;

import java.net.*;

public class Server {

private int port=8000;

private ServerSocket serverSocket;

public Server() throws IOException {

serverSocket = new ServerSocket(port,3);    //连接请求队列的长度为3

System.out.println("服务器启动");

}

public void service() {

while (true) {

Socket socket=null;

try {

socket = serverSocket.accept();     //从连接请求队列中取出一个

连接

System.out.println("New connection accepted " +

socket.getInetAddress() + ":" +socket.getPort());

}catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}finally {

try{

if(socket!=null)socket.close();

}catch (IOException e) {e.printStackTrace();}

}

}

}

public static void main(String args[])throws Exception {

Server server=new Server();

Thread.sleep(60000*10);      //睡眠10分钟

//server.service();

}

}

Client试图与Server进行100次连接。在Server类中，把连接请求队列的长度设为3。这意味着当队列中有了3个连接请求时，如果Client再请求连接，就会被Server拒绝。下面按照以下步骤运行Server和Client程序。

（1）把Server类的main()方法中的“server.service();”这行 程序代码注释掉。这使得服务器与8000端口绑定后，永 远不会执行serverSocket.accept()方法。这意味着队列中的连接请求永远不会被取出。先运行Server程序，然后再运行Client 程序，Client程序的打印结果如下：

 

 

第1次连接成功

第2次连接成功

第3次连接成功

Exception in thread "main" java.net.ConnectException: Connection refused: connect

at java.net.PlainSocketImpl.socketConnect(Native Method)

at java.net.PlainSocketImpl.doConnect(Unknown Source)

at java.net.PlainSocketImpl.connectToAddress(Unknown Source)

at java.net.PlainSocketImpl.connect(Unknown Source)

at java.net.SocksSocketImpl.connect(Unknown Source)

at java.net.Socket.connect(Unknown Source)

at java.net.Socket.connect(Unknown Source)

at java.net.Socket.(Unknown Source)

at java.net.Socket.(Unknown Source)

at Client.main(Client.java:10)

从以上打印结果可以看出，Client与Server在成功地建立了3个连接后，就无法再创建其余的连接了，因为服务器的队列已经满了。

（2）把Server类的main()方法按如下方式修改：

 

 

public static void main(String args[])throws Exception {

Server server=new Server();

//Thread.sleep(60000*10);  //睡眠10分钟

server.service();

}

作了以上修改，服务器与8 000端口绑定后，就会在一个while循环中不断执行 serverSocket.accept()方法，该方法从队列 中取出连接请求，使得队列能及时腾出空位，以容纳新的连接请求。先运行Server程序，然后再运行Client程序，Client程序的打印结果如下：

 

 

第1次连接成功

第2次连接成功

第3次连接成功

…

第100次连接成功

从以上打印结果可以看出，此时Client能顺利与Server建立100次连接。

3.1.3  设定绑定的IP地址

如果主机只有一个IP地址，那么默认情况下，服务器程序就与该IP地址绑定。 ServerSocket的第4个构造方法ServerSocket (int port, int backlog, InetAddress bindAddr)有一个bindAddr参数，它显式指定服务器要绑定的 IP地址，该构造方法适用于具有多个IP地址的主机。假定一个主机有两个网卡，一个网卡用于连接到Internet， IP地址为 222.67.5.94，还有一个网卡用于连接到本地局域网，IP地址为192.168.3.4。如果服务器仅仅被本地局域网中的客户访问，那么可以按如 下方式创建ServerSocket：

 

 

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000,10,InetAddress.getByName ("192.168.3.4"));

3.1.4  默认构造方法的作用

ServerSocket有一个不带参数的默认构造方法。通过该方法创建的ServerSocket不与任何端口绑定，接下来还需要通过bind()方法与特定端口绑定。

这个默认构造方法的用途是，允许服务器在绑定到特定端口之前，先设置ServerSocket的一些选项。因为一旦服务器与特定端口绑定，有些选项就不能再改变了。

在以下代码中，先把ServerSocket的SO_REUSEADDR选项设为true，然后再把它与8000端口绑定：

 

 

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket();

serverSocket.setReuseAddress(true);      //设置ServerSocket的选项

serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8000));   //与8000端口绑定

如果把以上程序代码改为：

 

 

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000);

serverSocket.setReuseAddress(true);      //设置ServerSocket的选项

那么serverSocket.setReuseAddress(true)方法就不起任何作用了，因为SO_ REUSEADDR选项必须在服务器绑定端口之前设置才有效。

3.2  接收和关闭与客户的连接

 

ServerSocket的accept()方法从连接请求队列中取出一个客户的连接请求，然后创建与客户连接的Socket对象，并将它返回。如果队列中没有连接请求，accept()方法就会一直等待，直到接收到了连接请求才返回。

接下来，服务器从Socket对象中获得输入流和输出流，就能与客户交换数据。当服务器正在进行发送数据的操作时，如果客户端断开了连接，那么服务器端会抛出一个IOException的子类SocketException异常：

 

java.net.SocketException: Connection reset by peer

这只是服务器与单个客户通信中出现的异常，这种异常应该被捕获，使得服务器能继续与其他客户通信。

以下程序显示了单线程服务器采用的通信流程：

 

public void service() { while (true) { Socket socket=null; try { socket = serverSocket.accept();    //从连接请求队列中取出一个连接 System.out.println("New connection accepted " + socket.getInetAddress() + ":" +socket.getPort()); //接收和发送数据 … }catch (IOException e) { //这只是与单个客户通信时遇到的异常，可能是由于客户端过早断开连接引起的 //这种异常不应该中断整个while循环 e.printStackTrace(); }finally { try{ if(socket!=null)socket.close();    //与一个客户通信结束后，要关闭

Socket }catch (IOException e) {e.printStackTrace();} } } }

与单个客户通信的代码放在一个try代码块中，如果遇到异常，该异常被catch代码块捕获。try代码块后面还有一个finally代码块，它保证不管与客户通信正常结束还是异常结束，最后都会关闭Socket，断开与这个客户的连接。

3.3  关闭ServerSocket

ServerSocket的close()方法使服务器释放占用的端口，并且断开与所有客户的连接。当一个服务器程序运行结束时，即使没有执行 ServerSocket的close()方法，操作系统也会释放这个服务器占用的端口。因此，服务器程序并不一定要在结束之前执行 ServerSocket的close()方法。

在某些情况下，如果希望及时释放服务器的端口，以便让其他程序能占用该端口，则可以显式调用ServerSocket的close()方法。例如， 以下代码用于扫描1~65535之间的端口号。如果ServerSocket成功创建，意味着该端口未被其他服务器进程绑定，否者说明该端口已经被其他进 程占用：

 

for(int port=1;port<=65535;port++){ try{ ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(port); serverSocket.close();   //及时关闭ServerSocket }catch(IOException e){ System.out.println("端口"+port+" 已经被其他服务器进程占用"); } }

以上程序代码创建了一个ServerSocket对象后，就马上关闭它，以便及时释放它占用的端口，从而避免程序临时占用系统的大多数端口。

ServerSocket的isClosed()方法判断ServerSocket是否关闭，只有执行了ServerSocket的close() 方法，isClosed()方法才返回true；否则，即使ServerSocket还没有和特定端口绑定，isClosed()方法也会返回 false。

ServerSocket的isBound()方法判断ServerSocket是否已经与一个端口绑定，只要ServerSocket已经与一个端口绑定，即使它已经被关闭，isBound()方法也会返回true。

如果需要确定一个ServerSocket已经与特定端口绑定，并且还没有被关闭，则可以采用以下方式：

 

boolean isOpen=serverSocket.isBound() && !serverSocket.isClosed();

3.4  获取ServerSocket的信息

ServerSocket的以下两个get方法可分别获得服务器绑定的IP地址，以及绑定的端口：

◆public InetAddress getInetAddress()

◆public int getLocalPort()

前面已经讲到，在构造ServerSocket时，如果把端口设为0，那么将由操作系统为服务器分配一个端口（称为匿名端口），程序只要调用 getLocalPort()方法就能获知这个端口号。如例程3-3所示的RandomPort创建了一个ServerSocket，它使用的就是匿名端 口。

例程3-4  TimeoutTester.java

 

import java.io.*; import java.net.*;

public class TimeoutTester{ public static void main(String args[])throws IOException{ ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000); serverSocket.setSoTimeout(6000); //等待客户连接的时间不超过6秒 Socket socket=serverSocket.accept();  socket.close(); System.out.println("服务器关闭"); } }

运行以上程序，过6秒钟后，程序会从serverSocket.accept()方法中抛出Socket- TimeoutException：

 

C:\chapter03\classes>java TimeoutTester Exception in thread "main" java.net.SocketTimeoutException: Accept timed out at java.net.PlainSocketImpl.socketAccept(Native Method) at java.net.PlainSocketImpl.accept(Unknown Source) at java.net.ServerSocket.implAccept(Unknown Source) at java.net.ServerSocket.accept(Unknown Source) at TimeoutTester.main(TimeoutTester.java:8)

如果把程序中的“serverSocket.setSoTimeout(6000)”注释掉，那么serverSocket. accept()方法永远不会超时，它会一直等待下去，直到接收到了客户的连接，才会从accept()方法返回。

Tips：服务器执行serverSocket.accept()方法时，等待客户连接的过程也称为阻塞。本书第4章的4.1节（线程阻塞的概念）详细介绍了阻塞的概念。

3.5.2  SO_REUSEADDR选项

◆设置该选项：public void setResuseAddress(boolean on) throws SocketException

◆读取该选项：public boolean getResuseAddress() throws SocketException

这个选项与Socket的SO_REUSEADDR选项相同，用于决定如果网络上仍然有数据向旧的ServerSocket传输数据，是否允许新的 ServerSocket绑定到与旧的ServerSocket同样的端口上。SO_REUSEADDR选项的默认值与操作系统有关，在某些操作系统中， 允许重用端口，而在某些操作系统中不允许重用端口。

当ServerSocket关闭时，如果网络上还有发送到这个ServerSocket的数据，这个ServerSocket不会立刻释放本地端口，而是会等待一段时间，确保接收到了网络上发送过来的延迟数据，然后再释放端口。

许多服务器程序都使用固定的端口。当服务器程序关闭后，有可能它的端口还会被占用一段时间，如果此时立刻在同一个主机上重启服务器程序，由于端口已经被占用，使得服务器程序无法绑定到该端口，服务器启动失败，并抛出BindException：

 

Exception in thread "main" java.net.BindException: Address already in use: JVM_Bind

为了确保一个进程关闭了ServerSocket后，即使操作系统还没释放端口，同一个主机上的其他进程还可以立刻重用该端口，可以调用ServerSocket的setResuse- Address(true)方法：

 

if(!serverSocket.getResuseAddress())serverSocket.setResuseAddress(true);

值得注意的是，serverSocket.setResuseAddress(true)方法必须在ServerSocket还没有绑定到一个本地 端口之前调用，否则执行serverSocket.setResuseAddress(true)方法无效。此外，两个共用同一个端口的进程必须都调用 serverSocket.setResuseAddress(true)方法，才能使得一个进程关闭ServerSocket后，另一个进程的 ServerSocket还能够立刻重用相同端口。

3.5.3  SO_RCVBUF选项

◆设置该选项：public void setReceiveBufferSize(int size) throws SocketException

◆读取该选项：public int getReceiveBufferSize() throws SocketException

SO_RCVBUF表示服务器端的用于接收数据的缓冲区的大小，以字节为单位。一般说来，传输大的连续的数据块（基于HTTP或FTP协议的数据传 输）可以使用较大的缓冲区，这可以减少传输数据的次数，从而提高传输数据的效率。而对于交互式的通信（Telnet和网络游戏），则应该采用小的缓冲区， 确保能及时把小批量的数据发送给对方。

SO_RCVBUF的默认值与操作系统有关。例如，在Windows 2000中运行以下代码时，显示SO_RCVBUF的默认值为8192：

 

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000); System.out.println(serverSocket.getReceiveBufferSize());    //打印8192

无论在ServerSocket绑定到特定端口之前或之后，调用setReceiveBufferSize()方法都有效。例外情况下是如果要设置 大于64K的缓冲区，则必须在ServerSocket绑定到特定端口之前进行设置才有效。例如，以下代码把缓冲区设为128K：

 

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(); int size=serverSocket.getReceiveBufferSize(); if(size<131072) serverSocket.setReceiveBufferSize(131072);  //把缓冲区的大小 设为128K serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8000));     //与8 000端口绑定

执行serverSocket.setReceiveBufferSize()方法，相当于对所有由serverSocket.accept()方法返回的Socket设置接收数据的缓冲区的大小。

3.5.4  设定连接时间、延迟和带宽的相对重要性

◆public void setPerformancePreferences(int connectionTime,int latency,int bandwidth)

该方法的作用与Socket的setPerformancePreferences()方法的作用相同，用于设定连接时间、延迟和带宽的相对重要性，参见本书第2章的2.5.10节（设定连接时间、延迟和带宽的相对重要性）。