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Java编程之ServerSocket用法详解


 

   

  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。

  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。

  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。

  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。

  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

  }

  }

  }

  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。

  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"));

  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。

  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。

  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();

  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。

  RandomPort.java

  import java.io.*;

  import java.net.*;public class RandomPort{

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

  ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(0);

  System.out.println("监听的端口为:"+serverSocket.getLocalPort());

  }

  }

  多次运行RandomPort程序,可能会得到如下运行结果:

  C:chapter03classes>java RandomPort

  监听的端口为:3000

  C:chapter03classes>java RandomPort

  监听的端口为:3004

  C:chapter03classes>java RandomPort

  监听的端口为:3005

  多数服务器会监听固定的端口,这样才便于客户程序访问服务器。匿名端口一般适用于服务器与客户之间的临时通信,通信结束,就断开连接,并且ServerSocket占用的临时端口也被释放。

  FTP(文件传输)协议就使用了匿名端口。FTP协议用于在本地文件系统与远程文件系统之间传送文件。

  

 

  FTP协议用于在本地文件系统与远程文件系统之间传送文件

  FTP使用两个并行的TCP连接:一个是控制连接,一个是数据连接。控制连接用于在客户和服务器之间发送控制信息,如用户名和口令、改变远程目录的命令或上传和下载文件的命令。数据连接用于传送文件。TCP服务器在21端口上监听控制连接,如果有客户要求上传或下载文件,就另外建立一个数据连接,通过它来传送文件。数据连接的建立有两种方式。

  (1)如图所示,TCP服务器在20端口上监听数据连接,TCP客户主动请求建立与该端口的连接。

  

 

  TCP服务器在20端口上监听数据连接

  (2)如图3-3所示,首先由TCP客户创建一个监听匿名端口的ServerSocket,再把这个ServerSocket监听的端口号(调用ServerSocket的getLocalPort()方法就能得到端口号)发送给TCP服务器,然后由TCP服务器主动请求建立与客户端的连接。

  

 

  TCP客户在匿名端口上监听数据连接

  以上第二种方式就使用了匿名端口,并且是在客户端使用的,用于和服务器建立临时的数据连接。在实际应用中,在服务器端也可以使用匿名端口。

  ServerSocket选项

  ServerSocket有以下3个选项。

  ◆SO_TIMEOUT:表示等待客户连接的超时时间。

  ◆SO_REUSEADDR:表示是否允许重用服务器所绑定的地址。

  ◆SO_RCVBUF:表示接收数据的缓冲区的大小。

  SO_TIMEOUT选项

  ◆设置该选项:public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException

  ◆读取该选项:public int getSoTimeout () throws IOException

  SO_TIMEOUT表示ServerSocket的accept()方法等待客户连接的超时时间,以毫秒为单位。如果SO_TIMEOUT的值为0,表示永远不会超时,这是SO_TIMEOUT的默认值。

  当服务器执行ServerSocket的accept()方法时,如果连接请求队列为空,服务器就会一直等待,直到接收到了客户连接才从accept()方法返回。如果设定了超时时间,那么当服务器等待的时间超过了超时时间,就会抛出SocketTimeoutException,它是InterruptedException的子类。

  TimeoutTester把超时时间设为6秒钟。

  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:chapter03classes>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。

  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。

  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。

  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。

  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