Java 在Client/Server 網絡中的應用
（作者：　2000年08月09日 10:19）

　　隨著Java語言的日益流行，特別是Java與Internet Web的密切結合，使它在全球取得了巨大的成功。Java語言以其獨立于平臺、面向對象、分布式、多線索及完善的安全機制等特色，成為現代信息系統建設中的良好的開發平臺和運行環境。



一、Java網絡應用模型

　　和Internet上的許多環境一樣，完整的Java應用環境實際上也是一個客戶機/服務器環境，更確切地說是瀏覽器/服務器模型（即Browser/Server模型，簡稱Web模型）。但與傳統的客戶機/服務器(C/S) 的二層結構不同，應用Java的Web模型是由三層結構組成的。傳統的C/S結構通過消息傳遞機制，由客戶端發出請求給服務器，服務器進行相應處理后經傳遞機制送回客戶端。而在Web模型中，服務器一端被分解成兩部分：一部分是應用服務器(Web 服務器)，另一部分是數據庫服務器。

　　針對分布式計算環境，Java通過其網絡類庫提供了良好的支持。對數據分布，Java提供了一個URL(Uniform Resource Locator) 對象， 利用此對象可打開并訪問網絡上的對象，其訪問方式與訪問本地文件系統幾乎完全相同。對操作分布，Java的客戶機/ 服務器模式可以把運算從服務器分散到客戶一端（服務器負責提供查詢結果，客戶機負責組織結果的顯示），從而提高整個系統的執行效率，增加動態可擴充性。Java網絡類庫是Java 語言為適應Internet 環境而進行的擴展。另外，為適應Internet的不斷發展，Java還提供了動態擴充協議，以不斷擴充Java網絡類庫。

　　Java的網絡類庫支持多種Internet協議，包括Telnet, FTP 和HTTP (WWW)，與此相對應的Java網絡類庫的子類庫為：

Java.net

Java.net.ftp

Java.net.www.content

Java.net.www.html

Java.net.www.http

　　這些子類庫各自容納了可用于處理Internet協議的類和方法。其中，java.net用于處理一些基本的網絡功能，包括遠程登錄(Telnet)；java.net.ftp用于處理ftp協議；java.net.www.content用于處理WWW 頁面內容；java.net.www.html 和java.net.www.http 則分別提供了對HTML 語言和HTTP 協議的支持。



二、客戶機/服務器環境下的Java應用程序

客戶機/服務器在分布處理過程中，使用基于連接的網絡通信模式。該通信模式首先在客戶機和服務器之間定義一套通信協議，并創建一Socket類，利用這個類建立一條可靠的鏈接；然后，客戶機/服務器再在這條鏈接上可靠地傳輸數據。客戶機發出請求，服務器監聽來自客戶機的請求，并為客戶機提供響應服務。這就是典型的"請求-- 應答" 模式。下面是客戶機/服務器的一個典型運作過程：

1、服務器監聽相應端口的輸入；

2、客戶機發出一個請求；

3、服務器接收到此請求；

4、服務器處理這個請求，并把結果返回給客戶機；

5、重復上述過程，直至完成一次會話過程。

　　按照以上過程，我們使用Java語言編寫一個分別針對服務器和客戶機的應用程序（Application）。該程序在服務器上時，程序負責監聽客戶機請求，為每個客戶機請求建立Socket 連接，從而為客戶機提供服務。本程序提供的服務為：讀取來自客戶機的一行文本，反轉該文本，并把它發回給客戶機。

　　通過該程序實例我們看到，使用Java語言設計C/S程序時需要注意以下幾點：

（1）、 服務器應使用ServerSocket 類來處理客戶機的連接請求。當客戶機連接到服務器所監聽的端口時，ServerSocket將分配一新的Socket 對象。這個新的Socket 對象將連接到一些新端口，負責處理與之相對應客戶機的通信。然后，服務器繼續監聽ServerSocket，處理新的客戶機連接。

　　Socket 和ServerSocket 是Java網絡類庫提供的兩個類。

（2）、服務器使用了多線程機制。Server對象本身就是一個線程，它的run()方法是一個無限循環，用以監聽來自客戶機的連接。每當有一個新的客戶機連接時，ServerSocket就會創建一個新的Socket類實例，同時服務器也將創建一新線程，即一個Connection 對象，以處理基于Socket 的通信。與客戶機的所有通信均由這個Connection 對象處理。Connection的構造函數將初始化基于Socket 對象的通信流，并啟動線程的運行。與客戶機 的通信以及服務的提供，均由Connection對象處理。

（3）、客戶機首先創建一Socket對象，用以與服務器通信。之后需創建兩個對象：DataInputStream 和PrintStream，前者用以從Socket 的InputStream 輸入流中讀取數據，后者則用于往Socket的OutputStream 中寫數據。最后，客戶機程序從標準輸入（如：控制臺）中讀取數據，并把這些數據寫到服務器，在從服務器讀取應答消息，然后把這些應答消息寫到準輸出。

　　以下分別為服務器和客戶機端的源程序清單。本程序在NT 4.0 網絡環境（TCP/IP）下使用JDK1.1 調試通過。



三、編寫服務器類Java程序

// Server.java

import java.io.*;

import java.net.*;

public class Server extends Thread

{

　　　　public final static int Default_Port=6543;

　　　　protectd int port;

　　　　protectd ServerSockt listen_socket;

// 定義出錯例程：如果出現異常錯誤，退出程序。

Public static void fail(Exception e, String msg)

{

　　　　System.err.println(msg + ": " + e);

　　　　System.exit(1);

}

// 定義并啟動服務器的Socket 例程，監聽客戶機的連接請求。

public Server(int port)

{

if(port == 0) port = Default_Port;

this.port = port;

try

{

listen_socket = new ServerSocket(port);

}

catch(IOException e) fail(e, "Exception creating server socket");

System.out.println("Server: listening on port" + port);

This.start();

}

/* 下面為服務器監聽線程的主程序。該線程一直循環執行，監聽并接受客戶機發出的連接

請求。對每一個連接，均產生一個連接對象與之對應，通過Socket 通道進行通信。*/

public void run()

{

try

　　　　{

while(true)

{

　　　　Socket client_socket = listen_socket.accept();

　　　　Connection c = new Connection(client_socket);

　　　　　　　　　　　　}

}

catch(IOException e) fail(e,"Exception while listening for connections")

}

// 啟動服務器主程序

public static void main(String args[])

{

　　　　int port = 0;

　　　　if (args.length == 1)

　　　　{

　　　　try port = Integer.parseInt(args[0]);

　　　　catch(NumberFormatException e) port = 0;

}

new Server(port);

}　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // End of the main

}　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // End of Server class

//以下定義了Connection 類，它是用來處理與客戶機的所有通信的線程。

class Connection extends Thread

{

protected Socket client;

　　　　protected DataInputStream in;

　　　　　　　　protected PrintStream out;

// 初始化通信流并啟動線程

public Connection(Socket client_socket)

{

　　　　　　　　client = client_socket;

　　　　try

　　　　　　　　{

　　　　　　　　　　　　in = new DataInputStream(client.getinputStream());

　　　　　　　　out = new PrintStream(client.getOutputStream());

}

catch(IOException e)

　　　　{

　　　　try client.close();

　　　　　　　　catch(IOException e2);

　　　　System.err.println("Exception while getting socket streram: " + e);

Return;

}

this.start;

}　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // End of Connection method

// 服務例程：讀出一行文本；反轉文本；返回文本。

public void run()

{

　　　　　　　　String line;

　　　　StringBuffer revline;

int len;

　　　　try

{

　　　　　　　　for(;;)

{

　　　　　　　　　　　　// Read a line

　　　　　　　　　　　　　　　　line = in.readline();

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　if(line == null) break;

　　　　　　　　// Reverse the line

　　　　　　　　　　　　　　　　len = line.length();

　　　　　　　　　　　　　　　　revline = new StringBuffer(len);

　　　　　　　　for(int i = len-1; i >=0; i--)

　　　　　　　　revline.insert(len-1-I;line.charAt(i));

　　　　　　　　　　 // Write out the reverse line

　　　　　　　　out.println(revline);

　　　　　　　　　　　　}

catch(IOException e);

finally try client.close();

catch(IOException e2);

}

// End of run method

}

// End of Connection class

3、編寫客戶機類Java 程序

// Client.java

import java.io.*;

import java.net.*;

public class Client extends

{

　　　　public static final int Default_Port = 6543;

// 定義出錯例程

　　　　public static final void usage()

　　　　{

　　　　System.out.println("Usage: Java Client []");

　　　　　　　　System.exit(0);

}

　　　　public static void main(String args[])

{

　　　　int port = Default_Port;

Socket s = null;

// 解析端口參數

if ((args.length != 1)&&(args.length != 2 )) usage();

if (args.length == 1)

　　　　port = Default_Port;

else

{

　　　　try port = Integer.parseInt(args[1]);

　　　　catch(NumberFormaatException e) usage();

}

try{

　　　　// 產生一個Socket ，通過指定的端口與主機通信。

　　　　s = new Socket(args[0], port);

// 產生用于發出和接收的文本字符流

DataInputStream sin = new DataInputStream(s.getInputStream());

PrintStream sout = new DataInputStream(s.getInputStream());

// 從控制臺讀入字符流

DataInputStream in = new DataInputStream(System.in);

　　　　// 返回連接的地址和端口

System.out.println("Connected to"+s.getInetAddress()+":"+ s.getPort());

　　　　String line;

　　　　For(;;)

　　　　{

　　　　　　　　// 顯示提示符

　　　　　　　　System.out.print(" >");

　　　　　　　　System.out.flush();

　　　　　　　　// 讀入控制臺輸入的一行字符

　　　　　　　　line = in.readline();

　　　　　　　　if (line == null) break;

　　　　　　　　// 將接收的文本行送至服務器

　　　　　　　　sout.println(line);

　　　　　　　　// 從服務器接收一行字符

　　　　　　　　line = sin.readline();

　　　　　　　　// Check if connection is closed(i.e. for EOF)

　　　　　　　　if(line == null)

　　　　　　　　{

　　　　　　　　　　　　System.out.println("Connection closed by server.");

　　　　　　　　　　　　Break;

}

　　　　// 在控制臺上顯示接收的字符

　　　　System.out.println(line);

}

// End of for loop

}

/ End of try

catch(IOException e ) System.err.println(e);

// Always be sure to close the socket

finally

{

　　　　try if(s != null) s.close();

　　　　catch(IOException e2);

}

}　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // End of main

}　　　　　　　　　　　　　　 // End of Client

運行該客戶機程序時，必須以服務器主機名作為第一個參數，服務器端口號為第二個參數，

其中服務器端口號可缺省。