在客户/服务器通信模式中,服务器端需要创建监听特定端口的ServerSocket,ServerSocket负责接收客户连接请求。本章首先介绍ServerSocket类的各个构造方法,以及成员方法的用法,接着介绍服务器如何用多线程来处理与多个客户的通信任务。
本章提供线程池的一种实现方式。线程池包括一个工作队列和若干工作线程。服务器程序向工作队列中加入与客户通信的任务,工作线程不断从工作队列中取 出任务并执行它。本章还介绍了java.util.concurrent包中的线程池类的用法,在服务器程序中可以直接使用它们。
3.1 构造ServerSocket
ServerSocket的构造方法有以下几种重载形式:
◆ServerSocket()throws IOException
◆ServerSocket(int port) throws IOException
◆ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
◆ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException
在以上构造方法中,参数port指定服务器要绑定的端口(服务器要监听的端口),参数backlog指定客户连接请求队列的长度,参数bindAddr指定服务器要绑定的IP地址。
3.1.1 绑定端口
除了第一个不带参数的构造方法以外,其他构造方法都会使服务器与特定端口绑定,该端口由参数port指定。例如,以下代码创建了一个与80端口绑定的服务器:
ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(80); |
如果运行时无法绑定到80端口,以上代码会抛出IOException,更确切地说,是抛出BindException,它是IOException的子类。BindException一般是由以下原因造成的:
◆端口已经被其他服务器进程占用;
◆在某些操作系统中,如果没有以超级用户的身份来运行服务器程序,那么操作系统不允许服务器绑定到1~1023之间的端口。
如果把参数port设为0,表示由操作系统来为服务器分配一个任意可用的端口。由操作系统分配的端口也称为匿名端口。对于多数服务器,会使用明确的 端口,而不会使用匿名端口,因为客户程序需要事先知道服务器的端口,才能方便地访问服务器。在某些场合,匿名端口有着特殊的用途,本章3.4节会对此作介 绍。
3.1.2 设定客户连接请求队列的长度
当服务器进程运行时,可能会同时监听到多个客户的连接请求。例如,每当一个客户进程执行以下代码:
Socket socket=new Socket(www.javathinker.org,80); |
就意味着在远程www.javathinker.org主 机的80端口上,监听到了一个客户的连接请求。管理客户连接请求的任务是由操作系统来完成的。操作系统把这些连接请求存储在一个先进先出的队列中。许多操 作系统限定了队列的最大长度,一般为50。当队列中的连接请求达到了队列的最大容量时,服务器进程所在的主机会拒绝新的连接请求。只有当服务器进程通过 ServerSocket的accept()方法从队列中取出连接请求,使队列腾出空位时,队列才能继续加入新的连接请求。
对于客户进程,如果它发出的连接请求被加入到服务器的队列中,就意味着客户与服务器的连接建立成功,客户进程从Socket构造方法中正常返回。如果客户进程发出的连接请求被服务器拒绝,Socket构造方法就会抛出ConnectionException。
ServerSocket构造方法的backlog参数用来显式设置连接请求队列的长度,它将覆盖操作系统限定的队列的最大长度。值得注意的是,在以下几种情况中,仍然会采用操作系统限定的队列的最大长度:
◆backlog参数的值大于操作系统限定的队列的最大长度;
◆backlog参数的值小于或等于0;
◆在ServerSocket构造方法中没有设置backlog参数。
以下例程3-1的Client.java和例程3-2的Server.java用来演示服务器的连接请求队列的特性。
例程3-1 Client.java
import java.net.*; public class Client { public static void main(String args[])throws Exception{ final int length=100; String host="localhost"; int port=8000; Socket[] sockets=new Socket[length]; for(int i=0;i sockets[i]=new Socket(host, port); System.out.println("第"+(i+1)+"次连接成功"); } Thread.sleep(3000); for(int i=0;i sockets[i].close(); //断开连接 } } } |
例程3-2 Server.java
import java.io.*; import java.net.*; public class Server { private int port=8000; private ServerSocket serverSocket; public Server() throws IOException { serverSocket = new ServerSocket(port,3); //连接请求队列的长度为3 System.out.println("服务器启动"); } public void service() { while (true) { Socket socket=null; try { socket = serverSocket.accept(); //从连接请求队列中取出一个 连接 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();} } } } public static void main(String args[])throws Exception { Server server=new Server(); Thread.sleep(60000*10); //睡眠10分钟 //server.service(); } } |
Client试图与Server进行100次连接。在Server类中,把连接请求队列的长度设为3。这意味着当队列中有了3个连接请求时,如果Client再请求连接,就会被Server拒绝。下面按照以下步骤运行Server和Client程序。
(1)把Server类的main()方法中的“server.service();”这行程序代码注释掉。这使得服务器与8000端口绑定后,永 远不会执行serverSocket.accept()方法。这意味着队列中的连接请求永远不会被取出。先运行Server程序,然后再运行Client 程序,Client程序的打印结果如下:
第1次连接成功 第2次连接成功 第3次连接成功 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) |
从以上打印结果可以看出,Client与Server在成功地建立了3个连接后,就无法再创建其余的连接了,因为服务器的队列已经满了。
(2)把Server类的main()方法按如下方式修改:
public static void main(String args[])throws Exception { Server server=new Server(); //Thread.sleep(60000*10); //睡眠10分钟 server.service(); } |
作了以上修改,服务器与8 000端口绑定后,就会在一个while循环中不断执行serverSocket.accept()方法,该方法从队列 中取出连接请求,使得队列能及时腾出空位,以容纳新的连接请求。先运行Server程序,然后再运行Client程序,Client程序的打印结果如下:
第1次连接成功 第2次连接成功 第3次连接成功 … 第100次连接成功 |
从以上打印结果可以看出,此时Client能顺利与Server建立100次连接。
3.1.3 设定绑定的IP地址
如果主机只有一个IP地址,那么默认情况下,服务器程序就与该IP地址绑定。ServerSocket的第4个构造方法ServerSocket (int port, int backlog, InetAddress bindAddr)有一个bindAddr参数,它显式指定服务器要绑定的 IP地址,该构造方法适用于具有多个IP地址的主机。假定一个主机有两个网卡,一个网卡用于连接到Internet, IP地址为 222.67.5.94,还有一个网卡用于连接到本地局域网,IP地址为192.168.3.4。如果服务器仅仅被本地局域网中的客户访问,那么可以按如 下方式创建ServerSocket:
ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000,10,InetAddress.getByName ("192.168.3.4")); |
3.1.4 默认构造方法的作用
ServerSocket有一个不带参数的默认构造方法。通过该方法创建的ServerSocket不与任何端口绑定,接下来还需要通过bind()方法与特定端口绑定。
这个默认构造方法的用途是,允许服务器在绑定到特定端口之前,先设置ServerSocket的一些选项。因为一旦服务器与特定端口绑定,有些选项就不能再改变了。
在以下代码中,先把ServerSocket的SO_REUSEADDR选项设为true,然后再把它与8000端口绑定:
ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(); serverSocket.setReuseAddress(true); //设置ServerSocket的选项 serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8000)); //与8000端口绑定 |
如果把以上程序代码改为:
ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8000); serverSocket.setReuseAddress(true); //设置ServerSocket的选项 |
那么serverSocket.setReuseAddress(true)方法就不起任何作用了,因为SO_ REUSEADDR选项必须在服务器绑定端口之前设置才有效。