Socket和ServerSocket學習筆記

對於即時類應用或者即時類的遊戲，HTTP協議很多時候無法滿足於我們的需求。這會，Socket對於我們來說就非常實用了。下面是本次學習的筆記。主要分異常型別、互動原理、Socket、ServerSocket、多執行緒這幾個方面闡述。

異常型別 在瞭解Socket的內容之前，先要了解一下涉及到的一些異常型別。以下四種類型都是繼承於IOException，所以很多之後直接彈出IOException即可。 UnkownHostException: 　　主機名字或IP錯誤 ConnectException: 　　　　伺服器拒絕連線、伺服器沒有啟動、（超出佇列數，拒絕連線） SocketTimeoutException: 連線超時 BindException: 　　　　　　Socket物件無法與制定的本地IP地址或埠繫結 互動過程

Socket與ServerSocket的互動，下面的圖片我覺得已經說的很詳細很清楚了。

在客戶/伺服器通訊模式中，伺服器端需要建立監聽特定埠的ServerSocket，ServerSocket負責接收客戶連線請求。本章首先介紹ServerSocket類的各個構造方法，以及成員方法的用法，接著介紹伺服器如何用多執行緒來處理與多個客戶的通訊任務。

本章提供執行緒池的一種實現方式。執行緒池包括一個工作佇列和若干工作執行緒。伺服器程式向工作佇列中加入與客戶通訊的任務，工作執行緒不斷從工作佇列中取出任務並執行它。本章還介紹了Java.util.concurrent包中的執行緒池類的用法，在伺服器程式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。

3.1.1 繫結埠

除了第一個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。例如，以下程式碼建立了一個與80埠繫結的伺服器：

ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(80);

◆埠已經被其他伺服器程序佔用；如果執行時無法繫結到80埠，以上程式碼會丟擲IOException，更確切地說，是丟擲BindException，它是IOException的子類。BindException一般是由以下原因造成的：

◆在某些作業系統中，如果沒有以超級使用者的身份來執行伺服器程式，那麼作業系統不允許伺服器繫結到1~1023之間的埠。

如果把引數port設為0，表示由作業系統來為伺服器分配一個任意可用的埠。由作業系統分配的埠也稱為匿名埠。對於多數伺服器，會使用明確的埠，而不會使用匿名埠，因為客戶程式需要事先知道伺服器的埠，才能方便地訪問伺服器。在某些場合，匿名埠有著特殊的用途，本章3.4節會對此作介紹。

3.1.2 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。例如，每當一個客戶程序執行以下程式碼：

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

就意味著在遠端www.javathinker.org主機的80埠上，監聽到了一個客戶的連線請求。管理客戶連線請求的任務是由作業系統來完成的。作業系統把這些連線請求儲存在一個先進先出的佇列中。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。值得注意的是，在以下幾種情況中，仍然會採用作業系統限定的佇列的最大長度：

◆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。

以下例程3-1的Client.java和例程3-2的Server.java用來演示伺服器的連線請求佇列的特性。

例程3-1 Client.java

import java.net.*;
publicclass Client {
publicstaticvoid main(String args[])throws Exception{
finalint length=100;
String host="localhost";
int port=8000;
Socket[] sockets=new Socket[length];
for(int i=0;i<length;i++){ // 試圖建立100次連線
sockets[i]=new Socket(host, port);
System.out.println("第"+(i+1)+"次連線成功");
}
Thread.sleep(3000);
for(int i=0;i<length;i++){
sockets[i].close(); //斷開連線
}
}
}

import java.io.*;
import java.net.*;
publicclass Server {
privateint port=8000;
private ServerSocket serverSocket;
public Server() throws IOException {
serverSocket = new ServerSocket(port,3); //連線請求佇列的長度為3
System.out.println("伺服器啟動");
}
publicvoid service() {
while (true) {
Socket socket=null;
try {
socket = serverSocket.accept(); //從連線請求佇列中取出一個連線
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();}
}
}
}
publicstaticvoid main(String args[])throws Exception {
Server server=new Server();
Thread.sleep(60000*10); //睡眠10分鐘
//server.service();
}
}

例程3-2 Server.java

Client試圖與Server進行100次連線。在Server類中，把連線請求佇列的長度設為3。這意味著當佇列中有了3個連線請求時，如果Client再請求連線，就會被Server拒絕。下面按照以下步驟執行Server和Client程式。

（1）把Server類的main()方法中的“server.service();”這行程式程式碼註釋掉。這使得伺服器與8000埠繫結後，永遠不會執行serverSocket.accept()方法。這意味著佇列中的連線請求永遠不會被取出。先執行Server程式，然後再執行Client程式，Client程式的列印結果如下：

第1次連線成功
第2次連線成功
第3次連線成功
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)

（2）把Server類的main()方法按如下方式修改：從以上列印結果可以看出，Client與Server在成功地建立了3個連線後，就無法再建立其餘的連線了，因為伺服器的佇列已經滿了。

publicstaticvoid main(String args[])throws Exception {
Server server=new Server();
//Thread.sleep(60000*10); //睡眠10分鐘
server.service();
}

作了以上修改，伺服器與8 000埠繫結後，就會在一個while迴圈中不斷執行serverSocket.accept()方法，該方法從佇列中取出連線請求，使得佇列能及時騰出空位，以容納新的連線請求。先執行Server程式，然後再執行Client程式，Client程式的列印結果如下：

第1次連線成功
第2次連線成功
第3次連線成功
…
第100次連線成功

從以上列印結果可以看出，此時Client能順利與Server建立100次連線。

3.1.3 設定繫結的IP地址

如果主機只有一個IP地址，那麼預設情況下，伺服器程式就與該IP地址繫結。ServerSocket的第4個構造方法ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)有一個bindAddr引數，它顯式指定伺服器要繫結的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絡卡，一個網絡卡用於連線到Internet， IP地址為222.67.5.94，還有一個網絡卡用於連線到本地區域網，IP地址為192.168.3.4。如果伺服器僅僅被本地區域網中的客戶訪問，那麼可以按如下方式建立ServerSocket：

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