Java進階學習:網路伺服器編程

編程|伺服器|網路

　　Java的Socket API提供了一個很方便的對象介面進行網路編程。本文用一個簡單的TCP Echo Server做例子，示範了如何使用Java完成一個網路伺服器。

　　用作例子的TCP Echo Server是按以下方式工作的：

　　當一個用戶端通過TCP串連到伺服器後，用戶端可以通過這個串連發送資料到服務端，而服務端接收到資料後會把這些資料用同一個TCP串連發送回用戶端。服務端會一直保持這個串連直到用戶端關閉它為止。

　　因為伺服器需要能同時處理多個用戶端，我們先選用一個常見的多線程服務模型：

　　讓一個Thread負責監聽服務連接埠，當有新的串連建立的時候，這個監聽的Thread會為這個串連建立一個新的Thread來處理它。這樣，伺服器可以接受多個串連，並讓多個Thread來分別處理它們。

　　以下是相應的服務端程式：

public class EchoServer implements Runnable { 　　public void run() { 　　try { 　　ServerSocket svr = new ServerSocket(7); 　　while (true) { 　　Socket sock = svr.accept(); 　　new Thread(new EchoSession(sock)).start(); 　　} 　　} catch (IOException ex) { 　　throw new ExceptionAdapter(ex); 　　} 　　} 　　}

　　這段代碼先建立了一個ServerSocket的對象並讓其監聽在TCP連接埠7上，然後在一個迴圈中用accept()方法接收新的串連，並建立處理這一串連的Thread。實際處理每個用戶端串連的邏輯包含在EchoSession這個類裡面。

　　在以上代碼中使用了ExceptionAdapter這個類，它的作用是把一個checked Exception封裝成RuntimeException。詳細的說明可以參考避免在Java中使用Checked Exception 一文。

　　以下是EchoSession的代碼：

public class EchoSession implements Runnable { 　　public EchoSession(Socket s) { 　　_sock = s; 　　} 　　public void run() {

try { 　　try { 　　InputStream input = _sock.getInputStream(); 　　OutputStream output = _sock.getOutputStream(); 　　byte [] buf = new byte [128];             　　while (true) { 　　int count = input.read(buf); 　　if (count == -1) 　　break; 　　output.write(buf, 0 , count); 　　} 　　} finally { 　　_sock.close(); 　　} 　　} catch (IOException ex) { 　　throw new ExceptionAdapter(ex);    　　} 　　} 　　protected Socket _sock = null; 　　}

　　EchoSession接受一個Socket對象作為構造參數，在其run()方法中，它不停的從這個Socket對象的InputStream裡面讀資料並寫回到該Socket的OutputStream中去，直到這個串連被用戶端關閉為止（InputStream的read方法返回-1）。

　　EchoSession需要一個線程來執行，這容易讓人聯想到用Thread來作為EchoSession的父類。不過，這樣做不夠靈活，開銷也比較大。而選擇讓EchoSession實現Runnable介面就靈活得多。在接下來的使用Thread Pool的Echo Server中可以看到這一點。

　　以上已經是一個完整的TCP Echo Server，不過隨著客戶不停的串連和斷開，這個伺服器會不停的產生和消除線程，而這兩個都是比較‘昂貴’的操作。為了避免這種消耗，可以考慮採用Thread Pool的機制。

　　使用在一個簡單的Thread緩衝池的實現一文中Thread Pool的實現，可以對EchoServer作如下修改（EchoSession無需做修改）：

public class EchoServer implements Runnable { 　　public void run() { 　　try { 　　ServerSocket svr = new ServerSocket(7);

// 初始化Thread Pool 　　SyncQueue queue = new SyncQueue(10); 　　for (int i = 0; i < 10; i ++) { 　　new Thread(new Worker(queue)).start(); 　　} 　　while (true) { 　　Socket sock = svr.accept(); 　　// 把任務放入Thread Pool 　　queue.put(new EchoSession(sock)); 　　} 　　} catch (IOException ex) { 　　throw new ExceptionAdapter(ex); 　　} 　　} 　　}

　　這裡可以看出讓EchoSession實現Runnable介面的靈活性，無需修改它就可以在Thread Pool裡使用。

　　在這個例子裡使用的Thread Pool比較簡單，沒有動態調整Thread數量的功能，所以這個Echo Server最多隻能同時服務10個用戶端。然而通過重載SyncQueue，我們可以很方便地加入這個功能以突破這個限制。

　　在對網路伺服器的效能以及並發度要求很高的時候，讓每個用戶端由一個專門的Thread來處理有可能不能滿足我們的要求（想象一下同時有數千個用戶端的情況）。這時可以考慮使用Java的NIO API來構建伺服器架構，因為NIO中IO操作都是非阻塞的，我們只需要很少的Thread就可以充分地利用CPU來處理多個用戶端的請求。關於NIO的話題，在這篇文章就不再贅述，希望以後能有機會討論。 ：）