| Java網絡編程精解之ServerSocket用法詳解一 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
在客戶/服務器通信模式中，服務器端需要創建監聽特定端口的ServerSocket，ServerSocket負責接收客戶連接請求。本章首先介紹ServerSocket類的各個構造方法，以及成員方法的用法，接着介紹服務器如何用多線程來處理與多個客戶的通信任務。 本章提供線程池的一種實現方式。線程池包括一個工作隊列和若干工作線程。服務器程序向工作隊列中加入與客戶通信的任務，工作線程不斷從工作隊列中取出任務並執行它。本章還介紹了java.util.concurrent包中的線程池類的用法，在服務器程序中可以直接使用它們。 3.1 構造ServerSocket ServerSocket的構造方法有以下幾種重載形式： ◆ServerSocket()throws IOException 在以上構造方法中，參數port指定服務器要綁定的端口（服務器要監聽的端口），參數backlog指定客戶連接請求隊列的長度，參數bindAddr指定服務器要綁定的IP地址。 3.1.1 綁定端口 除了第一個不帶參數的構造方法以外，其他構造方法都會使服務器與特定端口綁定，該端口由參數port指定。例如，以下代碼創建了一個與80端口綁定的服務器：
如果運行時無法綁定到80端口，以上代碼會拋出IOException，更確切地說，是拋出BindException，它是IOException的子類。BindException一般是由以下原因造成的： ◆端口已經被其他服務器進程佔用； 如果把參數port設爲0，表示由操作系統來爲服務器分配一個任意可用的端口。由操作系統分配的端口也稱爲匿名端口。對於多數服務器，會使用明確的端口，而不會使用匿名端口，因爲客戶程序需要事先知道服務器的端口，才能方便地訪問服務器。在某些場合，匿名端口有着特殊的用途，本章3.4節會對此作介紹。 3.1.2 設定客戶連接請求隊列的長度 當服務器進程運行時，可能會同時監聽到多個客戶的連接請求。例如，每當一個客戶進程執行以下代碼：
就意味着在遠程www.javathinker.org主機的80端口上，監聽到了一個客戶的連接請求。管理客戶連接請求的任務是由操作系統來完成的。操作系統把這些連接請求存儲在一個先進先出的隊列中。許多操作系統限定了隊列的最大長度，一般爲50。當隊列中的連接請求達到了隊列的最大容量時，服務器進程所在的主機會拒絕新的連接請求。只有當服務器進程通過ServerSocket的accept()方法從隊列中取出連接請求，使隊列騰出空位時，隊列才能繼續加入新的連接請求。 對於客戶進程，如果它發出的連接請求被加入到服務器的隊列中，就意味着客戶與服務器的連接建立成功，客戶進程從Socket構造方法中正常返回。如果客戶進程發出的連接請求被服務器拒絕，Socket構造方法就會拋出ConnectionException。 ServerSocket構造方法的backlog參數用來顯式設置連接請求隊列的長度，它將覆蓋操作系統限定的隊列的最大長度。值得注意的是，在以下幾種情況中，仍然會採用操作系統限定的隊列的最大長度： ◆backlog參數的值大於操作系統限定的隊列的最大長度； 以下例程3-1的Client.java和例程3-2的Server.java用來演示服務器的連接請求隊列的特性。 例程3-1 Client.java
#p# 例程3-2 Server.java
Client試圖與Server進行100次連接。在Server類中，把連接請求隊列的長度設爲3。這意味着當隊列中有了3個連接請求時，如果Client再請求連接，就會被Server拒絕。下面按照以下步驟運行Server和Client程序。 （1）把Server類的main()方法中的“server.service();”這行程序代碼註釋掉。這使得服務器與8000端口綁定後，永遠不會執行serverSocket.accept()方法。這意味着隊列中的連接請求永遠不會被取出。先運行Server程序，然後再運行Client程序，Client程序的打印結果如下：
從以上打印結果可以看出，Client與Server在成功地建立了3個連接後，就無法再創建其餘的連接了，因爲服務器的隊列已經滿了。 （2）把Server類的main()方法按如下方式修改：
作了以上修改，服務器與8 000端口綁定後，就會在一個while循環中不斷執行serverSocket.accept()方法，該方法從隊列中取出連接請求，使得隊列能及時騰出空位，以容納新的連接請求。先運行Server程序，然後再運行Client程序，Client程序的打印結果如下：
從以上打印結果可以看出，此時Client能順利與Server建立100次連接。 3.1.3 設定綁定的IP地址 如果主機只有一個IP地址，那麼默認情況下，服務器程序就與該IP地址綁定。ServerSocket的第4個構造方法ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)有一個bindAddr參數，它顯式指定服務器要綁定的IP地址，該構造方法適用於具有多個IP地址的主機。假定一個主機有兩個網卡，一個網卡用於連接到Internet， IP地址爲222.67.5.94，還有一個網卡用於連接到本地局域網，IP地址爲192.168.3.4。如果服務器僅僅被本地局域網中的客戶訪問，那麼可以按如下方式創建ServerSocket：
3.1.4 默認構造方法的作用 ServerSocket有一個不帶參數的默認構造方法。通過該方法創建的ServerSocket不與任何端口綁定，接下來還需要通過bind()方法與特定端口綁定。 這個默認構造方法的用途是，允許服務器在綁定到特定端口之前，先設置ServerSocket的一些選項。因爲一旦服務器與特定端口綁定，有些選項就不能再改變了。 在以下代碼中，先把ServerSocket的SO_REUSEADDR選項設爲true，然後再把它與8000端口綁定：
如果把以上程序代碼改爲：
那麼serverSocket.setReuseAddress(true)方法就不起任何作用了，因爲SO_ REUSEADDR選項必須在服務器綁定端口之前設置纔有效。 #p# 3.2 接收和關閉與客戶的連接 ServerSocket的accept()方法從連接請求隊列中取出一個客戶的連接請求，然後創建與客戶連接的Socket對象，並將它返回。如果隊列中沒有連接請求，accept()方法就會一直等待，直到接收到了連接請求才返回。 接下來，服務器從Socket對象中獲得輸入流和輸出流，就能與客戶交換數據。當服務器正在進行發送數據的操作時，如果客戶端斷開了連接，那麼服務器端會拋出一個IOException的子類SocketException異常：
這只是服務器與單個客戶通信中出現的異常，這種異常應該被捕獲，使得服務器能繼續與其他客戶通信。 以下程序顯示了單線程服務器採用的通信流程：
與單個客戶通信的代碼放在一個try代碼塊中，如果遇到異常，該異常被catch代碼塊捕獲。try代碼塊後面還有一個finally代碼塊，它保證不管與客戶通信正常結束還是異常結束，最後都會關閉Socket，斷開與這個客戶的連接。 3.3 關閉ServerSocket ServerSocket的close()方法使服務器釋放佔用的端口，並且斷開與所有客戶的連接。當一個服務器程序運行結束時，即使沒有執行ServerSocket的close()方法，操作系統也會釋放這個服務器佔用的端口。因此，服務器程序並不一定要在結束之前執行ServerSocket的close()方法。 在某些情況下，如果希望及時釋放服務器的端口，以便讓其他程序能佔用該端口，則可以顯式調用ServerSocket的close()方法。例如，以下代碼用於掃描1~65535之間的端口號。如果ServerSocket成功創建，意味着該端口未被其他服務器進程綁定，否者說明該端口已經被其他進程佔用：
以上程序代碼創建了一個ServerSocket對象後，就馬上關閉它，以便及時釋放它佔用的端口，從而避免程序臨時佔用系統的大多數端口。 ServerSocket的isClosed()方法判斷ServerSocket是否關閉，只有執行了ServerSocket的close()方法，isClosed()方法才返回true；否則，即使ServerSocket還沒有和特定端口綁定，isClosed()方法也會返回false。 ServerSocket的isBound()方法判斷ServerSocket是否已經與一個端口綁定，只要ServerSocket已經與一個端口綁定，即使它已經被關閉，isBound()方法也會返回true。 如果需要確定一個ServerSocket已經與特定端口綁定，並且還沒有被關閉，則可以採用以下方式：
3.4 獲取ServerSocket的信息 ServerSocket的以下兩個get方法可分別獲得服務器綁定的IP地址，以及綁定的端口： ◆public InetAddress getInetAddress() 前面已經講到，在構造ServerSocket時，如果把端口設爲0，那麼將由操作系統爲服務器分配一個端口（稱爲匿名端口），程序只要調用getLocalPort()方法就能獲知這個端口號。如例程3-3所示的RandomPort創建了一個ServerSocket，它使用的就是匿名端口。 #p# 例程3-3 RandomPort.java
多次運行RandomPort程序，可能會得到如下運行結果：
多數服務器會監聽固定的端口，這樣才便於客戶程序訪問服務器。匿名端口一般適用於服務器與客戶之間的臨時通信，通信結束，就斷開連接，並且ServerSocket佔用的臨時端口也被釋放。 FTP（文件傳輸）協議就使用了匿名端口。如圖3-1所示，FTP協議用於在本地文件系統與遠程文件系統之間傳送文件。
圖3-1 FTP協議用於在本地文件系統與遠程文件系統之間傳送文件 FTP使用兩個並行的TCP連接：一個是控制連接，一個是數據連接。控制連接用於在客戶和服務器之間發送控制信息，如用戶名和口令、改變遠程目錄的命令或上傳和下載文件的命令。數據連接用於傳送文件。TCP服務器在21端口上監聽控制連接，如果有客戶要求上傳或下載文件，就另外建立一個數據連接，通過它來傳送文件。數據連接的建立有兩種方式。 （1）如圖3-2所示，TCP服務器在20端口上監聽數據連接，TCP客戶主動請求建立與該端口的連接。
圖3-2 TCP服務器在20端口上監聽數據連接 （2）如圖3-3所示，首先由TCP客戶創建一個監聽匿名端口的ServerSocket，再把這個ServerSocket監聽的端口號（調用ServerSocket的getLocalPort()方法就能得到端口號）發送給TCP服務器，然後由TCP服務器主動請求建立與客戶端的連接。
圖3-3 TCP客戶在匿名端口上監聽數據連接 以上第二種方式就使用了匿名端口，並且是在客戶端使用的，用於和服務器建立臨時的數據連接。在實際應用中，在服務器端也可以使用匿名端口。 3.5 ServerSocket選項 ServerSocket有以下3個選項。 ◆SO_TIMEOUT：表示等待客戶連接的超時時間。 3.5.1 SO_TIMEOUT選項 ◆設置該選項：public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException SO_TIMEOUT表示ServerSocket的accept()方法等待客戶連接的超時時間，以毫秒爲單位。如果SO_TIMEOUT的值爲0，表示永遠不會超時，這是SO_TIMEOUT的默認值。 當服務器執行ServerSocket的accept()方法時，如果連接請求隊列爲空，服務器就會一直等待，直到接收到了客戶連接才從accept()方法返回。如果設定了超時時間，那麼當服務器等待的時間超過了超時時間，就會拋出SocketTimeoutException，它是InterruptedException的子類。 如例程3-4所示的TimeoutTester把超時時間設爲6秒鐘。 #p#例程3-4 TimeoutTester.java
運行以上程序，過6秒鐘後，程序會從serverSocket.accept()方法中拋出Socket- TimeoutException：
如果把程序中的“serverSocket.setSoTimeout(6000)”註釋掉，那麼serverSocket. accept()方法永遠不會超時，它會一直等待下去，直到接收到了客戶的連接，纔會從accept()方法返回。 Tips：服務器執行serverSocket.accept()方法時，等待客戶連接的過程也稱爲阻塞。本書第4章的4.1節（線程阻塞的概念）詳細介紹了阻塞的概念。 3.5.2 SO_REUSEADDR選項 ◆設置該選項：public void setResuseAddress(boolean on) throws SocketException 這個選項與Socket的SO_REUSEADDR選項相同，用於決定如果網絡上仍然有數據向舊的ServerSocket傳輸數據，是否允許新的ServerSocket綁定到與舊的ServerSocket同樣的端口上。SO_REUSEADDR選項的默認值與操作系統有關，在某些操作系統中，允許重用端口，而在某些操作系統中不允許重用端口。 當ServerSocket關閉時，如果網絡上還有發送到這個ServerSocket的數據，這個ServerSocket不會立刻釋放本地端口，而是會等待一段時間，確保接收到了網絡上發送過來的延遲數據，然後再釋放端口。 許多服務器程序都使用固定的端口。當服務器程序關閉後，有可能它的端口還會被佔用一段時間，如果此時立刻在同一個主機上重啓服務器程序，由於端口已經被佔用，使得服務器程序無法綁定到該端口，服務器啓動失敗，並拋出BindException：
爲了確保一個進程關閉了ServerSocket後，即使操作系統還沒釋放端口，同一個主機上的其他進程還可以立刻重用該端口，可以調用ServerSocket的setResuse- Address(true)方法：
值得注意的是，serverSocket.setResuseAddress(true)方法必須在ServerSocket還沒有綁定到一個本地端口之前調用，否則執行serverSocket.setResuseAddress(true)方法無效。此外，兩個共用同一個端口的進程必須都調用serverSocket.setResuseAddress(true)方法，才能使得一個進程關閉ServerSocket後，另一個進程的ServerSocket還能夠立刻重用相同端口。 3.5.3 SO_RCVBUF選項 ◆設置該選項：public void setReceiveBufferSize(int size) throws SocketException SO_RCVBUF表示服務器端的用於接收數據的緩衝區的大小，以字節爲單位。一般說來，傳輸大的連續的數據塊（基於HTTP或FTP協議的數據傳輸）可以使用較大的緩衝區，這可以減少傳輸數據的次數，從而提高傳輸數據的效率。而對於交互式的通信（Telnet和網絡遊戲），則應該採用小的緩衝區，確保能及時把小批量的數據發送給對方。 SO_RCVBUF的默認值與操作系統有關。例如，在Windows 2000中運行以下代碼時，顯示SO_RCVBUF的默認值爲8192：
無論在ServerSocket綁定到特定端口之前或之後，調用setReceiveBufferSize()方法都有效。例外情況下是如果要設置大於64K的緩衝區，則必須在ServerSocket綁定到特定端口之前進行設置纔有效。例如，以下代碼把緩衝區設爲128K：
執行serverSocket.setReceiveBufferSize()方法，相當於對所有由serverSocket.accept()方法返回的Socket設置接收數據的緩衝區的大小。 3.5.4 設定連接時間、延遲和帶寬的相對重要性 ◆public void setPerformancePreferences(int connectionTime,int latency,int bandwidth) 該方法的作用與Socket的setPerformancePreferences()方法的作用相同，用於設定連接時間、延遲和帶寬的相對重要性，參見本書第2章的2.5.10節（設定連接時間、延遲和帶寬的相對重要性）。 相關文章鏈接： （責任編輯 火鳳凰 [email protected] QQ：34067741 TEL：（010）68476636-8007） |
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