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详解Socket接口

(2011-06-02 16:23:42)
标签:

java

socket

it

分类: J2SE
要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须深刻理解Socket接口。之所以另起一篇文章来讨论Socket,是因为它是网络通信架构的基础,重要性不言而喻。所谓socket通常也称作“套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。socket的英文原义是“孔”或“插座”。在这里作为通信机制,取后者意思。socket非常类似于电话插座。以一个国家级电话网为例。电话的通话双方相当于相互通信的2个进程,区号是它的网络地址;区内一个单位的交换机相当于一台主机,主机分配给每个用户的局内号码相当于socket号(JAVA程序的socket ID 由操作系统分配)。任何用户在通话之前,首先要占有一部电话机,相当于申请一个socket;同时要知道对方的号码,相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫,相当于发出连接请求(假如对方不在同一区内,还要拨对方区号,相当于给出网络地址)。对方假如在场并空闲(相当于通信的另一主机开机且可以接受连接请求),拿起电话话筒,双方就可以正式通话,相当于连接成功。双方通话的过程,是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程,相当于向socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后,一方挂起电话机相当于关闭socket,撤消连接。

       在电话系统中,一般用户只能感受到本地电话机和对方电话号码的存在,建立通话的过程,话音传输的过程以及整个电话系统的技术细节对他都是透明的,这也与socket机制非常相似。socket利用网间网通信设施实现进程通信,但它对通信设施的细节毫不关心,只要通信设施能提供足够的通信能力,它就满足了。

      至此,我们对socket进行了直观的描述。抽象出来,socket实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前,双方首先必须各自创建一个端点,否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前,双方必须各自拥有一台电话机一样。在网间网内部,每一个socket用一个结构体相关描述:
  (协议,本地地址,本地端口) 一个完整的socket有一个本地唯一的socket号

      最重要的是,socket 是面向客户/服务器模型而设计的,针对客户和服务器程序提供不同的socket 系统调用。客户随机申请一个socket (相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫),系统为之分配一个socket号;服务器拥有全局公认的 socket ,任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求(相当于一个被呼叫的电话拥有一个呼叫方知道的电话号码)。

      socket利用客户/服务器模式巧妙地解决了进程之间建立通信连接的问题。服务器socket 半相关为全局所公认非常重要。一般来说,编好程序 > 访问,调用,数据填充,逻辑组织 > socket组件 > 操作系统的通信API > 到达网线出口。这样就可以实现与外部的连接。

        实际上在 Java 开发中大家已经不知不觉地用到了 Socket,只不过不是你实现的。比如:JDBC 数据库厂商的实现、Tomcat 作为一个简单的 Web 服务器也是需要使用 Socket 实现 HTTP 通信的。Socket 通信是所有通信交互方式中最快的,但是在代码编写上也是最麻烦的,特别是非阻塞的 Socket 通信。Socket 仅仅是 J2SE 中的东西,但是相比较于 J2EE 中的其他东西来说也是很麻烦的,需要设计和编写者拥有一定的通信基本知识,以及多线程并发编程的知识。

     Java 是以网络、安全和线程处理著称的,因此在这些方面都有很强大的优势,有着丰富的 API:在网络通信方面,有 TCP 通信的 Socket,UDP 通信的 DatagramSocket,以及与 SSL 相关 JSSE 中的LSocket,以及这些非阻塞的 SocketChannel, DatagramChannel, SSLEngine在安全方面,JCA, JCE, JAAS 等等,线程处理方面,从 JDK 5 开始增加了 java.util.concurrent 这个包,添加了很多控制多线程并发的 API,对上面这些 J2SE 中 API 的应用熟悉的话,那可以说在 Java 层面上有了更进一步的了解。当然对于本人来说,一切还刚刚起步。

  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"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。

  Socket和ServerSocket类库位于java.net包中。ServerSocket用于服务器端,Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时,应用程序两端都会产生一个Socket实例,操作这个实例,完成所需的会话。对于一个网络连接来说,套接字是平等的,并没有差别,不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是Socket还是ServerSocket它们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。

  Accept方法用于产生"阻塞",直到接受到一个连接,并且返回一个客户端的Socket对象实例。"阻塞"是一个术语,它使程序运行暂时"停留"在这个地方,直到一个会话产生,然后程序继续;通常"阻塞"是由循环产生的。getInputStream方法获得网络连接输入,同时返回一个InputStream对象实例。getOutputStream方法连接的另一端将得到输入,同时返回一个OutputStream对象实例。 注意:其中getInputStream和getOutputStream方法均可能会产生一个IOException,它必须被捕获,因为它们返回的流对象,通常都会被另一个流对象使用。

  为了建立Socket,程序可以调用Socket函数,该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。通过socket调用返回一个socket描述符后,在使用socket进行网络传输以前,必须配置该socket。面向连接的客户程序使用Connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为:int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen); Send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。在用j2EE进行web开发时socket只是被封装了而已,变成了底层的东西。在web开发这一端被隐藏了。

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