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Java进阶学习:网络服务器编程


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  Java的Socket API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TCP Echo Server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TCP Echo Server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:



  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);



  }



  }



  }



  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checked Exception包装成RuntimeException。详细的说明可以参考避免在Java中使用Checked Exception 一文。



  以下是EchoSession的代码:



  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Thread Pool的Echo Server中可以看到这一点。



  以上已经是一个完整的TCP Echo Server,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Thread Pool的机制。



  使用在一个简单的Thread缓冲池的实现一文中Thread Pool的实现,可以对EchoServer作如下修改(EchoSession无需做修改):



  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();



  // 把任务放入Thread Pool



  queue.put(new EchoSession(sock));



  }



  } catch (IOException ex) {



  throw new ExceptionAdapter(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Thread Pool里使用。



  在这个例子里使用的Thread Pool比较简单,没有动态调整Thread数量的功能,所以这个Echo Server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NIO API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。
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