Java进阶学习:网络服务器编程
Java的SocketAPI提供了一个很方便的对象接口进行网络编程。本文用一个简单的TCPEchoServer做例子,演示了如何使用Java完成一个网络服务器。
用作例子的TCPEchoServer是按以下方式工作的:
当一个客户端通过TCP连接到服务器后,客户端可以通过这个连接发送数据到服务端,而服务端接收到数据后会把这些数据用同一个TCP连接发送回客户端。服务端会一直保持这个连接直到客户端关闭它为止。
因为服务器需要能同时处理多个客户端,我们先选用一个常见的多线程服务模型:
让一个Thread负责监听服务端口,当有新的连接建立的时候,这个监听的Thread会为这个连接创建一个新的Thread来处理它。这样,服务器可以接受多个连接,并让多个Thread来分别处理它们。
以下是相应的服务端程序:
publicclassEchoServerimplementsRunnable{
publicvoidrun(){
try{
ServerSocketsvr=newServerSocket(7);
while(true){
Socketsock=svr.accept();
newThread(newEchoSession(sock)).start();
}
}catch(IOExceptionex){
thrownewExceptionAdapter(ex);
}
}
}
这段代码先创建了一个ServerSocket的对象并让其监听在TCP端口7上,然后在一个循环中用accept()方法接收新的连接,并创建处理这一连接的Thread。实际处理每个客户端连接的逻辑包含在EchoSession这个类里面。
在以上代码中使用了ExceptionAdapter这个类,它的作用是把一个checkedException包装成RuntimeException。详细的说明可以参考避免在Java中使用CheckedException一文。
以下是EchoSession的代码:
publicclassEchoSessionimplementsRunnable{
publicEchoSession(Sockets){
_sock=s;
}
publicvoidrun(){
try{
try{
InputStreaminput=_sock.getInputStream();
OutputStreamoutput=_sock.getOutputStream();
byte[]buf=newbyte[128];
while(true){
intcount=input.read(buf);
if(count==-1)
break;
output.write(buf,0,count);
}
}finally{
_sock.close();
}
}catch(IOExceptionex){
thrownewExceptionAdapter(ex);
}
}
protectedSocket_sock=null;
}
EchoSession接受一个Socket对象作为构造参数,在其run()方法中,它不停的从这个Socket对象的InputStream里面读数据并写回到该Socket的OutputStream中去,直到这个连接被客户端关闭为止(InputStream的read方法返回-1)。
EchoSession需要一个线程来执行,这容易让人联想到用Thread来作为EchoSession的父类。不过,这样做不够灵活,开销也比较大。而选择让EchoSession实现Runnable接口就灵活得多。在接下来的使用ThreadPool的EchoServer中可以看到这一点。
以上已经是一个完整的TCPEchoServer,不过随着客户不停的连接和断开,这个服务器会不停的产生和消除线程,而这两个都是比较‘昂贵"的操作。为了避免这种消耗,可以考虑采用ThreadPool的机制。
使用在一个简单的Thread缓冲池的实现一文中ThreadPool的实现,可以对EchoServer作如下修改(EchoSession无需做修改):
publicclassEchoServerimplementsRunnable{
publicvoidrun(){
try{
ServerSocketsvr=newServerSocket(7);
//初始化ThreadPool
SyncQueuequeue=newSyncQueue(10);
for(inti=0;i<10;i++){
newThread(newWorker(queue)).start();
}
while(true){
Socketsock=svr.accept();
//把任务放入ThreadPool
queue.put(newEchoSession(sock));
}
}catch(IOExceptionex){
thrownewExceptionAdapter(ex);
}
}
}
这里可以看出让EchoSession实现Runnable接口的灵活性,无需修改它就可以在ThreadPool里使用。
在这个例子里使用的ThreadPool比较简单,没有动态调整Thread数量的功能,所以这个EchoServer最多只能同时服务10个客户端。然而通过重载SyncQueue,我们可以很方便地加入这个功能以突破这个限制。
在对网络服务器的性能以及并发度要求很高的时候,让每个客户端由一个专门的Thread来处理有可能不能满足我们的要求(想象一下同时有数千个客户端的情况)。这时可以考虑使用Java的NIOAPI来构建服务器架构,因为NIO中IO操作都是非阻塞的,我们只需要很少的Thread就可以充分地利用CPU来处理多个客户端的请求。关于NIO的话题,在这篇文章就不再赘述,希望以后能有机会讨论。:)
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