【網路程式設計socket】BIO & Socket和ServerSocket的簡單例子
技術標籤：TcpIp
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概述
ServerSocket是基於BIO的
1、構造ServerSocket
ServerSocket的構造方法有以下幾種過載形式：
ServerSocket()throws IOException
ServerSocket(int port) throws IOException
ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException
在以上構造方法中，引數port指定伺服器要繫結的埠（伺服器要監聽的埠），引數backlog指定客戶連線請求佇列的長度，引數bindAddr指定伺服器要繫結的IP地址。
1.1 、繫結埠
除不帶引數的構造方法以外，其他構造方法都會使伺服器與特定埠繫結，該埠由引數port指定。
如果埠被其他服務程序佔用，或是，在某些系統中，若沒有以超級使用者身份執行伺服器程式，作業系統不允許伺服器繫結到1-1023的埠時，會丟擲BindException。
1.2、設定客戶連線請求佇列的長度
當伺服器程序執行時，可能會同時監聽到多個客戶的連線請求。管理客戶端連線請求的任務是由作業系統來完成的。作業系統將連線請求儲存在一個先進先出佇列中。許多作業系統限定了佇列的最大長度，一般為50。當佇列中的連線請求達到了佇列的最大容量時，伺服器程序所在的主機會拒絕新的連線請求。只有當伺服器程序通過ServerSocket的accept()方法從佇列中取出連線請求，使佇列騰出空位時，佇列才能繼續加入新的連線請求。
對於客戶程序，如果它發出的連線請求被加入到伺服器的佇列中，就意味著客戶與伺服器的連線建立成功，客戶程序從Socket構造方法中正常返回。如果客戶程序發出的連線請求被伺服器拒絕，Socket構造方法就會丟擲ConnectionException。
ServerSocket構造方法的backlog引數用來顯式設定連線請求佇列的長度，它將覆蓋作業系統限定的佇列的最大長度。
在以下幾種情況，仍然採用作業系統限定的佇列最大長度：
-
backlog引數的值大於作業系統限定的佇列的最大長度；
-
backlog引數的值小於或等於0；
-
在ServerSocket構造方法中沒有設定backlog引數。
1.3、設定繫結的IP地址
若主機只有一個地址，則伺服器預設繫結該地址；若主機有多個地址，則可以呼叫ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)構造方法設定主機ip地址。
1.4、預設構造方法的作用
ServerSocket有一個不帶引數的預設構造方法。通過該方法建立的ServerSocket不與任何埠繫結，接下來還需要通過bind()方法與特定埠繫結。
這個預設構造方法的用途是，允許伺服器在繫結到特定埠之前，先設定ServerSocket的一些選項。因為一旦伺服器與特定埠繫結，有些選項就不能再改變了。
2、接收和關閉與客戶的連線
ServerSocket的accept()方法從連線請求佇列中取出一個客戶的連線請求，然後建立與客戶連線的Socket物件，並將它返回。如果佇列中沒有連線請求，accept()方法就會一直等待，直到接收到了連線請求才返回。
伺服器從Socket物件中獲得輸入流和輸出流
，就能與客戶交換資料。當伺服器正在進行傳送資料的操作時，如果客戶端斷開了連線，那麼伺服器端會丟擲一個IOException的子類SocketException異常：java.net.SocketException: Connection reset by peer。
3、關閉ServerSocket
ServerSocket的close()方法使伺服器釋放佔用的埠，並且斷開與所有客戶的連線。當一個伺服器程式執行結束時，即使沒有執行ServerSocket的close()方法，作業系統也會釋放這個伺服器佔用的埠。因此，伺服器程式並不一定要在結束之前執行ServerSocket的close()方法。
在某些情況下，如果希望及時釋放伺服器的埠，以便讓其他程式能佔用該埠，則可以顯式呼叫ServerSocket的close()方法。
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還沒有和特定埠繫結，isClosed()方法也會返回false。
ServerSocket的isBound()方法判斷ServerSocket是否已經與一個埠繫結，只要ServerSocket已經與一個埠繫結，即使它已經被關閉，isBound()方法也會返回true。
4、獲取ServerSocket的資訊
- public InetAddress getInetAddress()：獲取伺服器繫結的ip地址；
- public int getLocalPort()：獲取伺服器繫結的埠；
在構造ServerSocket時，如果把埠設為0，那麼將由作業系統為伺服器分配一個埠（稱為匿名埠），程式只要呼叫getLocalPort()方法就能獲知這個埠號。多數伺服器會監聽固定的埠，這樣才便於客戶程式訪問伺服器。匿名埠一般適用於伺服器與客戶之間的臨時通訊，通訊結束，就斷開連線，並且ServerSocket佔用的臨時埠也被釋放。
5、ServerSocket選項
ServerSocket有以下3個選項。
- SO_TIMEOUT：表示等待客戶連線的超時時間。
- SO_REUSEADDR：表示是否允許重用伺服器所繫結的地址。
- SO_RCVBUF：表示接收資料的緩衝區的大小。
5.1、SO_TIMEOUT選項
- 設定該選項：public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException
- 讀取該選項：public int getSoTimeout () throws IOException
SO_TIMEOUT表示ServerSocket的accept()方法等待客戶連線的超時時間，以毫秒為單位。 如果SO_TIMEOUT的值為0，表示永遠不會超時，這是SO_TIMEOUT的預設值。
當伺服器執行ServerSocket的accept()方法時，如果連線請求佇列為空，伺服器就會一直等待，直到接收到了客戶連線才從accept()方法返回。如果設定了超時時間，那麼當伺服器等待的時間超過了超時時間，就會丟擲SocketTimeoutException，它是InterruptedException的子類。
5.2、SO_REUSEADDR選項
- 設定該選項：public void setResuseAddress(boolean on) throws SocketException
讀取該選項：public boolean getResuseAddress() throws SocketException
這個選項與Socket的SO_REUSEADDR選項相同，用於決定如果網路上仍然有資料向舊的ServerSocket傳輸資料，是否允許新的ServerSocket繫結到與舊的ServerSocket同樣的埠上。SO_REUSEADDR選項的預設值與作業系統有關，在某些作業系統中，允許重用埠，而在某些作業系統中不允許重用埠。
當ServerSocket關閉時，如果網路上還有傳送到這個ServerSocket的資料，這個ServerSocket不會立刻釋放本地埠，而是會等待一段時間，確保接收到了網路上傳送過來的延遲資料，然後再釋放埠
許多伺服器程式都使用固定的埠。當伺服器程式關閉後，有可能它的埠還會被佔用一段時間，如果此時立刻在同一個主機上重啟伺服器程式，由於埠已經被佔用，使得伺服器程式無法繫結到該埠，伺服器啟動失敗，並丟擲BindException。
為了確保一個程序關閉了ServerSocket後，即使作業系統還沒釋放埠，同一個主機上的其他程序還可以立刻重用該埠，可以呼叫ServerSocket.setResuseAddress(true)方法
5.3、SO_RCVBUF選項
- 設定該選項：public void setReceiveBufferSize(int size) throws SocketException
- 讀取該選項：public int getReceiveBufferSize() throws SocketException
SO_RCVBUF表示伺服器端的用於接收資料的緩衝區的大小，以位元組為單位。一般說來，傳輸大的連續的資料塊（基於HTTP或FTP協議的資料傳輸）可以使用較大的緩衝區，這可以減少傳輸資料的次數，從而提高傳輸資料的效率。而對於互動式的通訊（Telnet和網路遊戲），則應該採用小的緩衝區，確保能及時把小批量的資料傳送給對方。
5.4、設定連線時間、延遲和頻寬的相對重要性
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，用於設定連線時間、延遲和頻寬的相對重要性。
6、建立多執行緒伺服器
許多實際應用要求伺服器具有同時為多個客戶提供服務的能力。HTTP伺服器就是最明顯的例子。任何時刻，HTTP伺服器都可能接收到大量的客戶請求，每個客戶都希望能快速得到HTTP伺服器的響應。如果長時間讓客戶等待，會使網站失去信譽，從而降低訪問量。
可以用併發效能來衡量一個伺服器同時響應多個客戶的能力。一個具有好的併發效能的伺服器，必須符合兩個條件：
- 能同時接收並處理多個客戶連線；
- 對於每個客戶，都會迅速給予響應。
用多個執行緒來同時為多個客戶提供服務，這是提高伺服器的併發效能的最常用的手段。
以下將按照3中方式來實現EchoServer，它們都使用多執行緒。
- 為每個客戶分配一個工作執行緒。
- 使用執行緒池，由其中的工作執行緒來為客戶服務。
可以利用JDK的Java類庫中現成的執行緒池，由它的工作執行緒來為客戶服務。
6.1、 為每個客戶分配一個執行緒
伺服器的主執行緒負責接收客戶的連線，每次接收到一個客戶連線，就會建立一個工作執行緒，由它負責與客戶的通訊。
public static void start(){
try{
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT);
System.out.println("server listen on port:" + PORT);
while (true){
try {
Socket client = serverSocket.accept();
System.out.println("receive client connect, localPort=" + client.getPort());
//每次都new一個新的執行緒
new Thread(new EchoServer.HandlerServer(client)).start();
}catch (Exception e){
System.out.println("client exception,e=" + e.getMessage());
}
}
}catch(Exception e){
System.out.println("server exception,e=" + e.getMessage());
}
}
6.2、使用JDK類庫提供的執行緒池
以此，提供一個完整的例子：
在這裡插入程式碼片