Java语言的Socket编程

徐迎晓 (上海大学计算中心25＃) xyx@yc.shu.edu.cn

摘要：本文介绍了Java语言的Socket编程，包括服务端和客户端的编程方法，并提供了若干实例。

关键词：Java, Socket, Server, Client, Internet

一、什么是Socket

Socket 接口是访问 Internet 使用得最广泛的方法。如果你有一台刚配好TCP/IP协议的主机，其IP地址是202.120.127.201，此时在另一台主机或同一台主机上执行ftp 202.120.127.201，显然无法建立连接。因为“202.120.127.201”

这台主机没有运行FTP服务软件。同样，在另一台或同一台主机上运行浏览软件如Netscape，输入“http://202.120.127.201”，也无法建立连接。现在，如果在这台主机上运行一个FTP服务软件（该软件将打开一个Socket，并将其绑定到21端口），再在这台主机上运行一个Web 服务软件（该软件将打开另一个Socket，并将其绑定到80端口）。这样，在另一台主机或同一台主机上执行ftp 202.120.127.201，FTP客户软件将通过21端口来呼叫主机上由FTP 服务软件提供的Socket，与其建立连接并对话。而在netscape中输入“http://202.120.127.201”时，将通过80端口来呼叫主机上由Web服务软件提供的Socket，与其建立连接并对话。

在Internet上有很多这样的主机，这些主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket正如其英文原意那样，象一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供220伏交流电，有的提供110伏交流电，有的则提供有线电视节目。客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务。

在Java语言中，提供了相应的Socket编程方法。用Java既可以编写服务端的程序，又可以编写客户端的程序。

二、编写服务端的程序

Java中的ServerSocket类提供了服务端的Socket接口。为了使大家对编写服务端程序有一个感性的认识，这里提供一个模拟FTP服务器的服务软件。为了简洁起见，该程序只提供了最简单的建立FTP连接的功能。

该程序如下：

import java.io.*;

import java.net.*;

public class ftpserver{

public static void main(String args[])

{ try{ ServerSocket ftpserver = new ServerSocket(21);

Socket fs=ftpserver.accept();

PrintStream fs_out=new PrintStream(fs.getOutputStream());

DataInputStream fs_in=new DataInputStream(fs.getInputStream());

fs_out.println("Welcome to the test server");

System.out.println("got follow infor from client:"+fs_in.readLine());

fs_out.println("331 Please send Password");

System.out.println("got follow infor from client:"+fs_in.readLine());

fs_out.println("230 Login OK");

System.out.println("got follow infor from client:"+fs_in.readLine());

}

catch(Exception e)

{ System.out.println(e);

}

为了测试该程序，可以在一台安装了Windows 95并配置了TCP/IP协议的微机上进行（不一定要连入Internet）。在该微机上安装Java编译软件如JDK1.01 或JDK1.02（可在ftp://ftp.javasoft.com/pub/JDK-102-win32-x86.exe 下载），将上述程序存入文件ftpserver.java，执行“javac ftpserver.java”将其编译为字节码文件ftpserver.class。这样，只要在该微机上执行“java ftpserver.class”以运行该Java程序，该微机便成为一个模拟的FTP服务器。

测试该模拟FTP服务器，既可以在另一台联网的微机上进行，也可以直接在该模拟FTP服务器上另开一个DOS窗口进行。运行命令行形式的FTP客户软件，如在Windows 95的DOS窗口执行：ftp 202.120.127.201（如果你的Windows 95中配置TCP/IP协议时用的IP地址是其他值，需将这里的“202.120.127.201 ”改为相应的值），便可以进行对话。下图是对话过程，其中带下划线的部分为用户的输入。

客户端

C:\xyx\java\sock\bak\ftp>ftp 202.120.127.201

Connected to 202.120.127.201.

Welcome to the test server

User (202.120.127.201:(none)): anonymous

331 Please send Password

Password:xyx@yc.shu.edu.cn

230 Login OK

ftp> bye

模拟FTP服务器

C:\xyx\java\sock\bak\ftp>java ftpserver

got follow infor from client:USER anonymous

got follow infor from client:PASS xyx@yc.shu.edu.cn

got follow infor from client:QUIT

下面我们来看一看该模拟FTP服务器的编程方法。在上面的程序中，关键部分是下面四句：

1. ServerSocket ftpserver = new ServerSocket(21);

2. Socket fs=ftpserver.accept();

3. PrintStream fs_out=new PrintStream(fs.getOutputStream());

4. DataInputStream fs_in=new DataInputStream(fs.getInputStream());

其中，第一句创建了一个服务端的Socket，并将其绑定到21端口。这样，服务端的Socket将一直等待客户端建立连接。这里的21端口是FTP服务惯用的端口，你也可以使用其他端口来提供自己的服务。第二句利用Java提供的方法accept()接收客户端的连接。第三句和第四句则为分别建立的连接打开一个输出和输入流。这四句可以作为编写服务端程序的一个范式，接下去的操作就是按照约定的协议对输出和输入流进行读写操作了。

在上面的程序中，对输出流fs_out用方法println("...")向客户端发送字符串，对输入流fs_in用方法readLine()获得客户端向服务端发送的字符串，并用System.out.println("...")在服务器上显示出来。

向客户端发送信息和读取客户端发送来的信息必须按协议约定进行，这样，服务端和客户端之间才能顺利通讯。在上面的程序中，信息发送顺序是这样的：

1. 客户端连接后，服务端向客户端发送欢迎信息。这由程序中如下一行完成：

fs_out.println("Welcome to the test server");

2. 客户端显示服务端发送的信息，并提示用户输入帐号，发送给服务端。在本例中，这由FTP客户软件完成。

3. 服务端接收客户端提供的帐号，向客户端发送结果码331，并提示需要口令。这由程序中如下两行完成：:

System.out.println("got follow infor from client:"+fs_in.readLine());

fs_out.println("331 Please send Password");

4. 客户端提示用户输入口令，并将口令发送给服务端。在本例中，这由FTP客户软件完成。

5. 服务端接收客户端提供的口令，向客户端发送结果码230，并提示注册成功。读取客户端发送命令。这由程序中如下两行完成：

fs_out.println("230 Login OK");

System.out.println("got follow infor from client:"+fs_in.readLine());

从以上我们可以看出客户端和服务端对话的简单过程，在这里，我们省略了服务端对用户及口令的检验以及根据客户端输入的不同命令执行各种操作。事实上，在上面的例子中既可以看到服务端如何向客户端发送信息，又可以看到服务端如何接收客户端的信息。因此，只要搞清楚双方对话的协议，便不难作出相应的编程。

三、编写客户端的程序

在上面的程序中，我们借用了Windows 95本身提供的FTP 客户软件来测试我们的模拟FTP服务程序。现在，我们要自己编写一个客户端的程序。我们先编写一个简单的服务端程序和客户端程序，以理解服务端与客户端的通讯及其编程。

为简明起见，我们使用一个自己定义的简单协议：服务器使用一个空闲的端口8886，客户端连接后：1. 服务端向客户端发送一个信息；2. 客户端读取服务端的信息并显示，再向服务端发送一个反馈信息；3.服务端读取客户端的反馈信息并显示。

对应于此协议，服务端的程序可如下：

import java.io.*;

import java.net.*;

public class server{

public static void main(String args[])

{ try { Server Socket server_1 = new Server Socket(8886);

Socket socket_s=server_1.accept();

Print Stream server_out=new Print Stream(socket_s.get Output Stream());

Data Input Stream server_in=new Data Input Stream(socket_s. getInputStream());

server_out.println("This is infor sent by server \r");

String s1=server_in.readLine();

System.out.println("Got follow infor from client:"+s1);

}

catch(Exception e)

{ System.out.println(e);

}

该例子与前面的模拟FTP服务器类似，不同的只是服务提供方使用的是 8886端口，此外由于使用的协议不同，对输入和输出流的操作不同。相应的客户端程序可如下：

import java.io.*;

import java.net.*;

public class client {

public static void main(String args[])

{ try

{ Socket sock_1 = new Socket("202.120.127.201", 8886);

DataInputStream client_in = new DataInputStream(sock_1.getInputStream());

DataOutputStream cl_out= new DataOutputStream(sock_1.getOutputStream());

PrintStream client_out=new PrintStream(cl_out);

String s1=client_in.readLine();

System.out.println("Got follow infor from server:"+s1);

client_out.println("This is infor sent by client \r");

}

catch(Exception e)

{ System.out.println(e);

}

这是一个简单的客户端程序的例子，其关键部分是下面四句：

1. Socket sock_1 = new Socket("202.120.127.201", 8886);

2. DataInputStream client_in = new DataInputStream(sock_1.getInputStream());

3. DataOutputStream cl_out= new DataOutputStream(sock_1.getOutputStream());

4. PrintStream client_out=new PrintStream(cl_out);

其中，第一句创建了一个客户端的Socket，从而与202.120.127.201主机建立一个连接。其中的8886为端口号，与服务端的Socket所绑定到的端口号相对应。第二至四句为Socket创建输入和输出流。这四句可以作为编写客户端程序的一个范式。接下去的操作同样是按照约定的协议对输出和输入流进行操作。上一程序中同样对输入流client_in用方法readLine()读取服务端发送的字符串，对输出流client_out用方法println("...")向服务端发送字符串。

上面两个程序编译后执行效果如下：

客户端

C:\xyx\java\sock\bak\c-both-s>java client

Got follow infor from server:This is infor sent by server

服务端

C:\xyx\java\sock\bak\c-both-s>java server

Got follow infor from client:This is infor sent by client

测试时既可以在同一台微机上开两个DOS窗口，也可以在两台联网的微机上进行。在上面的程序基础上，我们可以为前面的模拟FTP服务程序编写一个客户端程序：

import java.io.*;

import java.net.*;

public class ftpc {

public static void main(String[] args)

{ try {

Socket sock_1 = new Socket("202.120.127.201", 21);

DataInputStream client_in = new DataInputStream(sock_1.getInputStream());

DataOutputStream cl_out= new DataOutputStream(sock_1.getOutputStream());

PrintStream client_out=new PrintStream(cl_out);

StringBuffer buf = new StringBuffer(50);

int c;

String fromServer,usertyped;

while ((fromServer = client_in.readLine()) != null) {

System.out.println("Server: " + fromServer);

while ((c = System.in.read()) != '\n') {

buf.append((char)c);

}

usertyped=buf.toString();

client_out.println(usertyped);

client_out.flush();

buf.setLength(0);

}

} catch (Exception e) {

System.out.println(e);

}

该程序与前面的程序类似，不同之处在于该程序使用循环：

while ((fromServer = client_in.readLine()) != null) {

...}

反复读取服务端的输入，并用：

while ((c = System.in.read()) != '\n') {

buf.append((char)c);

}

usertyped=buf.toString();

client_out.println(usertyped);

语句读取用户的键盘输入，发送至服务端。其对话如下所示：

客户端

C:\xyx\java\sock\bak\ftp>java ftpc

Server: Welcome to the test server

anonymous

Server: 331 Please send Password

xyx@yc.shu.edu.cn

Server: 230 Login OK

bye

服务端

C:\xyx\java\sock\bak\ftp>java ftpserver

got follow infor from client:anonymous

got follow infor from client:xyx@yc.shu.edu.cn

got follow infor from client:bye

值得一提的是，该客户软件不仅可以和前面的模拟FTP服务器进行通讯，而且可以和真正的FTP服务器通讯。如将该客户软件中IP地址“202.120.127.201”改为某FTP服务器的IP地址：“202.120.127.218”，则可作如下的通讯：

C:\xyx\java\sock\bak\ftp>javac ftpc

Server: 220 sun1000E-1 FTP server (UNIX(r) System V Release 4.0) ready.

USER anonymous

Server: 331 Guest login ok, send ident as password.

PASS xyx@yc.shu.edu.cn

Server: 230 Guest login ok, access restrictions apply.

QUIT

Server: 221 Goodbye.

其中，USER、PASS、QUIT分别为协议规定的用户帐号、口令及退出的命令。

四、处理客户端请求

以上的例子均只在服务端与客户端相互传送信息，在实用中，服务端应能对客户端不同的输入作出不同的响应。本节给出一个服务端处理客户端请求的例子，协议如下：客户连接后，服务端发送“Welcome to Time server”信息，客户端读取用户输入发送给服务端，如果客户端输入为Hours，则发送当前小时数至客户端；如果客户端输入为Minutes、Years、Month、Day、Time、Date、down，则分别发送分钟数、年份、月份、日期、时分秒、年月日至客户端；客户端输入down则结束会话。

其客户端仍采用上一节编写的模拟FTP服务器的客户程序，但需将程序中的端口21改为8885，以便与下面的服务端程序对话。服务端的程序修改如下：

import java.net.*;

import java.io.*;

import java.util.Date;

class server {

public static void main(String args[])

{ try {

ServerSocket server_Socket = new ServerSocket(8885);

Socket client_Socket = server_Socket.accept();

DataInputStream server_in = new DataInputStream(client_Socket.getInputStream());

PrintStream server_out = new PrintStream(client_Socket.getOutputStream());

String inputLine, outputLine;

server_out.println("Welcome to Time server");

server_out.flush();

Date t=new Date();

while ((inputLine = server_in.readLine()) != null) {

System.out.println("got"+inputLine);

String hours = String.valueOf(t.getHours());

String minutes = String.valueOf(t.getMinutes());

String seconds = String.valueOf(t.getSeconds());

String years = String.valueOf(t.getYear());

String month = String.valueOf(t.getMonth());

String day = String.valueOf(t.getDay());

if(inputLine.equalsIgnoreCase("Down"))

break;

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Hours"))

server_out.println("Current Hours is:"+hours);

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Minutes"))

server_out.println("Current Minutes is:"+minutes);

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Years"))

server_out.println("Current Years is:"+years);

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Month"))

server_out.println("Current Month is:"+month);

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Day"))

server_out.println("Current Day is:"+day);

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Time"))

server_out.println("Current Times is:"+hours+":"+minutes+":"+seconds);

else if(inputLine.equalsIgnoreCase("Date"))

server_out.println("Current Date is:"+years+"."+month+"."+day);

else server_out.println("I don't know");

server_out.flush();

}

catch(Exception e){

System.out.println(e);

}

在该程序中，使用类似前面客户端的方法，用一个循环

while ((inputLine = server_in.readLine()) != null) {

...}

反复读取客户端的信息。在循环中根据客户端传来的不同信息作不同的处理。

五、程序的优化

为了使程序更优化，可从以下方面入手：

1. 进行出错处理

如可对每句使用try{...}catch(...){...}的形式处理程序中的例外情况，恰当地返回出错信息或进行出错处理等。

2. 关闭打开的Socket和流

结束对话时将所打开的Socket和流都关闭，Java中的SeverScoket、Socket、DataInputStream及DataOutputStream类都提供了方法close()来实现此功能。

3. 支持多次连接

前面的服务端程序在结束一次对话后都将自动结束，如果再有客户端要建立连接需要重新执行服务端的程序。为了使服务端支持多次连接，只要用一个循环即可。如对前面所有的服务端程序，都可以将执行“accept()”的语句至“}catch(Exception e)”语句的前一行包含在while(true){...}的循环体中而使其支持多次连接。

4. 使用线程

服务端程序一般使用线程，以便在等待客户端连接时可以处理其他事情。此外，通过为每个客户端的请求分配一个新的线程，可以使服务端能够同时支持多个连接，并行处理客户端的请求。

〖参考资料〗

1. Mary Campione and Kathy Walrath,

"The Java Tutorial",

last updated 4 Mar 96.

ftp://ftp.javasoft.com/docs/tutorial.html.zip

2. Laura Lemay,

Charles L. Perkins,

"Teach Yourself JAVA in 21 Days"

3. "The Java Language Tutorial"

ftp://java.sun.com/docs/progGuide.html.zip

4. elharo@sunsite.unc.edu,

"Brewing Java: A Tutorial",

Last-modified: 1996/9/20,

http://sunsite.unc.edu/javafaq/javatutorial.html