使用MulticastSocket实现多点广播（1）

17.4.3 使用MulticastSocket实现多点广播

DatagramSocket只允许数据报发送给指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播方式发送到数量不等的多个客户端。

若要使用多点广播时，则需要让一个数据报标有一组目标主机地址，当数据报发出后，整个组的所有主机都能收到该数据报。IP多点广播（或多点发送）实现了将单一信息发送到多个接收者的广播，其思想是设置一组特殊网络地址作为多点广播地址，每一个多点广播地址都被看做一个组，当客户端需要发送、接收广播信息时，加入到该组即可。

IP协议为多点广播提供了这批特殊的IP地址，这些IP地址的范围是224.0.0.0至239.255.255.255。 多点广播的示意图如图17.7所示：

（点击查看大图）图17.7 多点广播的示意图

从图17.7中可以看出，通过Java实现多点广播时，MulticastSocket类是实现这一功能的关键，当MulticastSocket把一个DatagramPacket发送到多点广播IP地址，该数据报将被自动广播到加入该地址的所有MulticastSocket。MulticastSocket类既可以将数据报发送到多点广播地址，也可以接收其他主机的广播信息。

MulticastSocket有点像DatagramSocket，事实上MulticastSocket是DatagramSocket的一个子类，也就是说MulticastSocket是特殊的DatagramSocket。若要发送一个数据报时，可使用随机端口创建MulticastSocket，也可以在指定端口来创建MulticastSocket。
MulticastSocket提供了如下三个构造器：

public MulticastSocket()：使用本机默认地址、随机端口来创建一个MulticastSocket对象。

public MulticastSocket(int portNumber)：使用本机默认地址、指定端口来创建一个MulticastSocket对象。

public MulticastSocket(SocketAddress bindaddr)：使用本机指定IP地址、指定端口来创建一个MulticastSocket对象。

创建一个MulticastSocket对象后，还需要将该MulticastSocket加入到指定的多点广播地址，MulticastSocket使用jionGroup()方法来加入指定组；使用leaveGroup()方法脱离一个组。

joinGroup(InetAddress multicastAddr)：将该MulticastSocket加入指定的多点广播地址。

leaveGroup(InetAddress multicastAddr)：让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址。

在某些系统中，可能有多个网络接口。这可能会对多点广播带来问题，这时候程序需要在一个指定的网络接口上监听，通过调用setInterface可选择MulticastSocket所使用的网络接口；也可以使用getInterface方法查询MulticastSocket监听的网络接口。

如果创建仅用于发送数据报的MulticastSocket对象，则使用默认地址、随机端口即可。但如果创建接收用的MulticastSocket对象，则该MulticastSocket对象必须具有指定端口，否则发送方无法确定发送数据报的目标端口。

MulticastSocket用于发送、接收数据报的方法与DatagramSocket的完全一样。但MulticastSocket比DatagramSocket多一个setTimeToLive(int ttl)方法，该ttl参数设置数据报最多可以跨过多少个网络，当ttl为0时，指定数据报应停留在本地主机；当ttl的值为1时，指定数据报发送到本地局域网；当ttl的值为32时，意味着只能发送到本站点的网络上；当ttl为64时，意味着数据报应保留在本地区；当ttl的值为128时，意味着数据报应保留在本大洲；当ttl为255时，意味着数据报可发送到所有地方；默认情况下，该ttl的值为1。

从图17.7中可以看出，使用MulticastSocket进行多点广播时所有通信实体都是平等的，它们都将自己的数据报发送到多点广播IP地址，并使用MulticastSocket接收其他人发送的广播数据报。下面程序使用MulticastSocket实现了一个基于广播的多人聊天室，程序只需要一个MulticastSocket，两条线程，其中MulticastSocket既用于发送，也用于接收，其中一条线程分别负责接受用户键盘输入，并向MulticastSocket发送数据，另一条线程则负责从MulticastSocket中读取数据。

程序清单：codes/17/17-4/MulticastSocketTest.java

//让该类实现Runnable接口，该类的实例可作为线程的target
public class MulticastSocketTest implements Runnable
{
//使用常量作为本程序的多点广播IP地址
private static final String BROADCAST_IP
= "230.0.0.1";
//使用常量作为本程序的多点广播目的的端口
public static final int BROADCAST_PORT = 30000;
//定义每个数据报的最大大小为4K
private static final int DATA_LEN = 4096;

//定义本程序的MulticastSocket实例
private MulticastSocket socket = null;
private InetAddress broadcastAddress = null;
private Scanner scan = null;
//定义接收网络数据的字节数组
byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
//以指定字节数组创建准备接受数据的DatagramPacket对象
private DatagramPacket inPacket = 
new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
private DatagramPacket outPacket = null;
public void init()throws IOException
{
try
{
//创建用于发送、接收数据的MulticastSocket对象
//因为该MulticastSocket对象需要接收，所以有指定端口
socket = new MulticastSocket(BROADCAST_PORT);
broadcastAddress = InetAddress.getByName(BROADCAST_IP);
//将该socket加入指定的多点广播地址
socket.joinGroup(broadcastAddress);
//设置本MulticastSocket发送的数据报被回送到自身
socket.setLoopbackMode(false);
//初始化发送用的DatagramSocket，它包含一个长度为0的字节数组
outPacket = new DatagramPacket(new byte[0] , 0 ,
broadcastAddress , BROADCAST_PORT);
//启动以本实例的run()方法作为线程体的线程
new Thread(this).start();
//创建键盘输入流
scan = new Scanner(System.in);
//不断读取键盘输入
while(scan.hasNextLine())
{
//将键盘输入的一行字符串转换字节数组
byte[] buff = scan.nextLine().getBytes();
//设置发送用的DatagramPacket里的字节数据
outPacket.setData(buff);
//发送数据报
socket.send(outPacket);
}
}
finally
{
socket.close();
}
}
public void run()
{
try
{
while(true)
{
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
socket.receive(inPacket);
//打印输出从socket中读取的内容
System.out.println("聊天信息：" + new String(inBuff , 0 , 
inPacket.getLength()));
}
}
//捕捉异常
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
try
{
if (socket != null)
{
//让该Socket离开该多点IP广播地址
socket.leaveGroup(broadcastAddress);
//关闭该Socket对象
socket.close();
}
System.exit(1); 
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) 
throws IOException
{
new MulticastSocketTest().init();
}
}

上面程序中init()方法里的前三行粗体字代码先创建了一个MulticastSocket对象，由于需要使用该对象接收数据报，所以为该Socket对象设置使用固定端口。第二行粗体字代码将该Socket对象添加到指定的多点广播IP地址，第三行粗体字代码设置该Socket发送的数据报会被回送到自身（即该Socket可以接受到自己发送的数据报）。至于程序中使用MulticastSocket发送、接收数据报的代码与使用DatagramSocket并没有区别，故此处不再赘述。