【轉】在Java與C程式間進行socket通訊的討論

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1. 背景 
使用socket在Java程式與C程式間進行處理序間通訊。本文主要描述了在同C程式進行通訊的Client端的Java實現功能。 

1.1. 使用的語言 
Client端：Java，JVM（JDK1.3） 
Server端：C，UNIX（Sun Solaris） 

1.2. 討論範圍 
資料發送：只涉及到Java中int整型系列的討論，包括byte，short，int。 
資料接受：涉及到byte，short，int，long，float，double，char。 

1.3.Java與C的資料類型的比較 
Type Java C 
short 2-Byte 2-Byte 
int 4-Byte 4-Byte 
long 8-Byte 4-Byte 
float 4-Byte 4-Byte 
double 8-Byte 8-Byte 
boolean 1-bit N/A 
byte 1-Byte N/A 
char 2-Byte 1-Byte 

2. 實現 
輸出資料流：使用OutputStream流發送資料到C程式端。 
輸入資料流：使用DataInputStream流從C程式端接受資料 

2.1. 資料發送 
由於DataOutputStream流對於Java各個基礎資料型別 (Elementary Data Type)都相應地提供了“寫”方法，如wrightShort和wrightInt等，因此當進行處理序間通訊（sockect通訊）時，我們總是優先考慮使用DataOutputStream流。 
下面我們對DataOutputStream流及其成員方法進行分析： 

2.1.1. DataOutputStream流 
DataOutputStream流實現了介面DataOutput。 
本文只討論writeByte(int v)、writeShort(int v)和writeInt(int v)部分（這是因為我們需要發送的資料只涉及到int，short和byte，其它的long，double等則不在這裡介紹），而且它們都有一個共同的特徵，即唯一的int類型的輸入參數。 
這些成員方法的功能描述也為我們以後手動進行位元組順序轉換，提供了理論依據。 
2.1.2. 網路位元組順序 
規定：網路上傳輸的資料統一採用Big Endian格式（即“高位元組在前”），我們稱之為“網路位元組順序”（network byte order）。 

Big Endian格式： 
高位元組 低位元組 
1 2 3 4 
Byte[0] byte[1] byte[2] byte[3]輸出緩衝區 

因此，無論本機位元組順序採用的那種順序，在發送到網路之前都要轉化為網路位元組順序，才能進行傳輸。特別是在Java與C兩種不同語言的應用程式間進行通訊時，這一點優為重要。（若是兩個Java程式間通訊時可能只要保證接受與發送採用相同的位元組順序，則可以不進行轉換格式，但這種做法並不好，不具有良好的移植性） 

2.1.3. 資料發送：手動位元組轉換 / writeInt方法 
以writeInt(int v)為例進行描述： 
閱讀DataOutput的writeInt(int v)方法的文檔可知： 
使用writeInt方法可以寫一個4-byte的int值v到輸出資料流，其位元組順序為: 

(byte)(0xff & (v >> 24)) byte[0] 高位元組 
(byte)(0xff & (v >> 16)) byte[1] 
(byte)(0xff & (v >> 8)) byte[2] 
(byte)(0xff & v) byte[3] 低位元組 
這樣的位元組順序為Big Endian格式，標準的“網路位元組順序”。 
但是在實際工作中輸出資料流採用DataOutputStream.readInt(int)方法時寫資料出錯，需要自己手動按照以上所說的對需要寫的v值進行轉換（通過移位完成），轉換的代碼如下所示，可參見程式SocketClient.java中的ByteConverter.intToByte()方法。 
static public final byte[] intToByte( 
int value, int offset, int length, byte[] buffer) 
{ // High byte first on network 
for (int i=0,j=length-1; i<length; i++,j--) { 
if ( j+offset >= 0 && j+offset < 1024 ) { 
buffer[j+offset] = (byte)( (value >> i*8) & 0xFF ); 
} else { 
System.out.println ( 
"Array index out of the bounds:Index=" + (j+offset) ); 
} 
} 
return buffer; 
} 


2.2. 資料接收 
同資料發送相同，由於DataInputStream流對於Java各個基礎資料型別 (Elementary Data Type)都相應地提供了“讀”方法，如readShort和readInt等，因此當進行處理序間通訊（sockect通訊）時，我們總是優先考慮使用DataInputStream流。 
而與資料發送不同的是，DataInputStream下的成員方法經實際測試，“基本上可以”根據資料類型正確讀出相應的數值。 
但並非完美，特別是與不同語言的應用程式進行通訊時（如C）。 

根據表1（Java與C的資料類型的比較）可知： 
(1)long型的位元組數在Java和C中相差4個位元組： 
因此由readLong方法讀來的數值應進行帶符號的右移32（4-byte）位才能得到在C程式中相應的long型數值。 
Type Java C 
long 8-Byte 4-Byte 

(2)由於Java中的char型為2個位元組，C中的char型為1個位元組，因此不能使用readChar方法來讀取C程式中的char數值。 
然而在Java中byte型為1個位元組長，因此可以使用readByte方法得到C程式中的char型數值。 
Type Java C 
byte 1-Byte N/A 
char 2-Byte 1-Byte

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