編寫網(wǎng)絡通信程序論文
時間：2022-07-14 09:08:00
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摘要本文闡述了使用JAVA編程語言對基于客戶/服務器模式的應用編寫網(wǎng)絡通信程序，討論了SOCKET機制、輸入輸出流以及程序實現(xiàn)代碼。
關鍵詞JAVA，網(wǎng)絡，SOCKET，APPLET
網(wǎng)絡上的系統(tǒng)結構多為客戶/服務器模式，服務器端負責數(shù)據(jù)和圖像等的存儲、維護、管理以及傳遞，客戶端則負責人機界面的操作、送出需求及顯示收回的數(shù)據(jù)。
下面介紹一下如何使用JAVA來進行網(wǎng)絡編程：
1)由于客戶端通過IE同服務器建立聯(lián)系，所以客戶端使用Applet，服務器端使用Application；
2)服務器應設置成多線程，應答多個客戶的請求；
3)兩端通信使用SOCKET機制。
1Java中輸入/輸出流概念：
過濾流DataInputStream和DataOutputStream除了分別作為FilterInputStream和FilterOutputStream的子類外，還分別實現(xiàn)了接口DataInput和DataOutput。接口DataInput中定義的方法主要包括從流中讀取基本類型的數(shù)據(jù)、讀取一行數(shù)據(jù)、或者讀取指定長度的字節(jié)數(shù)，如readBoolean()readInt()、readLine()、readFully()等。接口DataOutput中定義的方法主要是向流中寫入基本類型的數(shù)據(jù)或者寫入一定長度的字節(jié)數(shù)組，如writeChar()、writeDouble()DataInputStream可以從所連接的輸入流中讀取與機器無關的基本類型數(shù)據(jù)，用以實現(xiàn)一種獨立于具體平臺的輸入方式；DataInputStream可以向所連接的輸出流寫入基本類型的數(shù)據(jù)。
2Socket機制
Socket是面向客戶/服務器模型設計的，網(wǎng)絡上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。Socket通常用來實現(xiàn)客戶方和服務方的連接。客戶程序可以向Socket寫請求，服務器將處理此請求，然后通過Socket將結果返回給用戶。
Socket通信機制提供了兩種通訊方式：有聯(lián)接和無聯(lián)接方式，分別面向不同的應用需求。使用有聯(lián)接方式時，通信鏈路提供了可靠的，全雙工的字節(jié)流服務。在該方式下，通信雙方必須創(chuàng)建一個聯(lián)接過程并建立一條通訊鏈路，以后的網(wǎng)絡通信操作完全在這一對進程之間進行，通信完畢關閉此聯(lián)接過程。使用無聯(lián)接方式時其系統(tǒng)開銷比無聯(lián)接方式小，但通信鏈路提供了不可靠的數(shù)據(jù)報服務，不能保證信源所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一定能夠到達信宿。在該方式下，通信雙方不必創(chuàng)建一個聯(lián)接過程和建立一條通訊鏈路，網(wǎng)絡通信操作在不同的主機和進程之間轉發(fā)進行。
3Java語言
Java語言的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：簡單、面向對象、多線程、分布性、體系結構中立、安全性等方面。
(1)簡單性
Java與C++語言非常相近，但Java比C++簡單，它拋棄了C++中的一些不是絕對必要的功能，如頭文件、預處理文件、指針、結構、運算符重載、多重繼承以及自動強迫同型。Java實現(xiàn)了自動的垃圾收集，簡化了內存管理的工作。這使程序設計更加簡便，同時減少了出錯的可能。
(2)面向對象
Java提供了簡單的類機制和動態(tài)的構架模型。對象中封裝了它的狀態(tài)變量和方法，很好地實現(xiàn)了模塊化和信息隱藏；而類則提供了一類對象的原型，通過繼承和重載機制，子類可以使用或重新定義父類或超類所提供的方法，從而既實現(xiàn)了代碼的復用，又提供了一種動態(tài)的解決方案。
Java是一種完全面向對象的程序設計語言，它除了數(shù)組、布爾和字符三個基本數(shù)據(jù)類型外的其它類都是對象，它不再支持全局變量。在Java中，如果不創(chuàng)建新類就無法創(chuàng)建程序，Java程序在運行時必須先創(chuàng)建一個類的實例，然后才能提交運行。
Java同樣支持繼承特性，Java的類可以從其它類中繼承行為，但Java只支持類的單重繼承，即每個類只能從一個類中繼承。
Java支持界面，界面允許程序員定義方法但又不立即實現(xiàn)，一個類可以實現(xiàn)多個界面，利用界面可以得到多重繼承的許多優(yōu)點而又沒有多重繼承的問題。
(3)多線程
多線程使應用程序可以同時進行不同的操作，處理不同的事件。在多線程機制中，不同的線程處理不同的任務，他們之間互不干涉，不會由于一處等待影響其他部分，這樣容易實現(xiàn)網(wǎng)絡上的實時交互操作。
Java程序可以有多個執(zhí)行線程，如可以讓一個線程進行復雜的計算，而讓另一個線程與用戶進行交互，這樣用戶可以在不中斷計算線程的前提下與系統(tǒng)進行交互。多線程保證了較高的執(zhí)行效率。
(4)分布性
Java是面向網(wǎng)絡的語言。通過它提供的類庫可以處理TCP/IP協(xié)議，用戶可以通過URL地址在網(wǎng)絡上很方便的訪問其他對象。
(5)體系結構中立
Java是一種網(wǎng)絡語言，為使Java程序能在網(wǎng)絡的任何地方運行，Java解釋器生成與體系結構無關的字節(jié)碼結構的文件格式。Java為了做到結構中立，除生成機器無關的字節(jié)碼外，還制定了完全統(tǒng)一的語言文本，如Java的基本數(shù)據(jù)類型不會隨目標機的變化而變化，一個整型總是32位，一個長整型總是64位。
為了使Java的應用程序能不依賴于具體的系統(tǒng)，Java語言環(huán)境還提供了用于訪問底層操作系統(tǒng)功能的類組成的包，當程序使用這些包時，可以確保它能運行在各種支持Java的平臺上。
java.lang:一般的語言包。其中包括用于字符串處理、多線程、異常處理和數(shù)字函數(shù)等的類，該包是實現(xiàn)Java程序運行平臺的基本包
java.util:實用工具包。其中包括哈希表、堆棧、時間和日期等
java.io:基于流模型的輸入/輸出包。該包用統(tǒng)一的流模型實現(xiàn)了各種格式的輸入/輸出，包括文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡和設備的輸入/輸出等
:網(wǎng)絡包。該包支持TCP/IP協(xié)議，其中提供了socket、URL和WWW的編程接口
java.awt:抽象窗口工具集。其中實現(xiàn)了可以跨平臺的圖形用戶界面組件，包括窗口、菜單、滾動條和對話框等
java.applet:支持applet程序設計的基本包
(6)安全性
用于網(wǎng)絡、分布環(huán)境下的Java必須要防止病毒的入侵，Java不支持指針，一切對內存的訪問都必須通過對象的實例變量來實現(xiàn)，這樣就防止了程序員使用欺騙手段訪問對象的私有成員，同時也避免了指針操作中容易產(chǎn)生的錯誤。
4JAVA工具
(1)JDK
1)Java編譯器
Java編譯器將Java源代碼文件編譯成可執(zhí)行的Java字節(jié)碼。Java源代碼文件的擴展名為.java，Java編譯器把這種擴展名的文件編譯成擴展名為.class的文件。源文件中的每個類在編譯后都將產(chǎn)生一個class文件，這意味一個Java源代碼文件可能編譯生成多個class文件。
2)Java解釋器
Java解釋器對編譯生成的字節(jié)碼格式的可執(zhí)行程序的運行提供支持，它是運行非圖形Java程序的命令行工具。
3)Appletviewer
它是JavaApplet的簡單測試工具，可使用它來測試JavaApplet程序，而不需要WWW瀏覽器的支持。
(2)VisualJ++
VisualJ++集成了可視化界面設計、交互式調試、代碼編輯、聯(lián)機幫助信息和介紹如何快速掌握該開發(fā)環(huán)境的實用向導等多項功能，同時具有能充分利用ActiveX和COM新技術的優(yōu)勢。利用VisualJ++可創(chuàng)建交互性很強的Internet應用程序，是難得的Java開發(fā)系統(tǒng)。
5客戶機/服務器通信的實現(xiàn)：
(1)Application同Applet的通信
兩端通過Socket機制進行連接：
1)客戶端的編程流程:
?打開Socket，新建一個套接字；
?為套接字建立一個輸入和輸出流；
?根據(jù)服務器協(xié)議從套接字讀入或向套接字寫入；
?清除套接字和輸入/輸出流；
2)服務器端的編程流程:
?打開ServerSocket,創(chuàng)建一個服務器型套接字和一個普通套接字，服務器型套接字在指定端口為客戶端請求的Socket服務；
?使用ServerSocket類的accept()方法使服務器型套接字處于監(jiān)聽狀態(tài)并把監(jiān)聽結果返回給普通套接字；
?為該普通套接字創(chuàng)建輸入和輸出流；
?從輸入和輸出流中讀入或寫入字節(jié)流，進行相應的處理，并將結果返回給客戶端；
?在客戶端和服務器工作結束后關閉所有的對象,如服務器型的套接字,普通套接字,輸入和輸出流。
正是由于Java系統(tǒng)具有基于Socket的靈活通信機制，因而其應用程序能自由地打開和訪問網(wǎng)絡上的對象，就象在本地文件系統(tǒng)中一樣。
(2)Applet之間的通信：
Applet之間的通信使用AppletContext類的getApplet()方法。
<appletcode=applet1.classwidth=200height=200name=first>
只要在程序中加入
Appletoneapplet=getAppletContext().getApplet(“first”);便可使用name為first的Applet中的方法了。
在該課題中大量使用了該種通信方法，因為專門同服務器端通信的Applet中包含接收信息方法和發(fā)送信息方法，所有客戶端的Applet都要使用負責通信的Applet中的方法，所以客戶端的Applet同負責通信的Applet必須進行通信。
6程序
//服務器端程序S.java負責與客戶端通信
importjava.io.*;
.*;
importjava.lang.*;
importT2;
classThreadEchoHandlerextendsThread//創(chuàng)建線程
{
T2theT2=newT2();
Socketincoming;
intcounter;
ThreadEchoHandler(Socketi,intc)
{incoming=i;
counter=c;}
publicvoidrun()
{
try
{
DataInputStreamin=newDataInputStream(incoming.getInputStream());
DataOutputStreamout=newDataOutputStream(incoming.getOutputStream());
System.out.println("hello");
booleandone=false;
while(!done)
{Stringaa="";
Stringstr=in.readUTF();//從客戶端得到字符串
//在此加入各自的服務程序
System.out.println(str);
theT2.pass(str);//解碼
theT2.tongji();//修改監(jiān)控庫中的信息
aa=theT2.guan();//操縱數(shù)據(jù)庫
System.out.println("stringzis:"+aa);
if(pareTo("null")!=0)
//若是查詢數(shù)據(jù)庫，返回查詢后的結果
{//若不是查詢數(shù)據(jù)庫，不向客戶端輸出信息
out.writeUTF(aa);
out.flush();}
}//while
incoming.close();//線程關閉
}//try
catch(IOExceptione)
{System.out.println(e);}
}//endrun
}
//----------------------------------------
classS
{
publicstaticvoidmain(String[]args)
{
inti=1;
try
{
ServerSockets=newServerSocket(1111);
for(;;)
{
Socketincoming=s.accept();
System.out.println("connect:"+i);
newThreadEchoHandler(incoming,i).start();
i++;
}
}
catch(Exceptione)
{System.out.println(e);}
}
}
//客戶端通信小應用程序Echo.java
importjava.io.*;
.*;
importjava.awt.*;
importjava.applet.*;
publicclassEchoextendsApplet
{
TextAreata;
SocketechoSocket;
DataOutputStreamos;
DataInputStreamis;
StringLine;
publicvoidinit()
{
setBackground(Color.white);
ta=newTextArea(5,80);
ta.setEditable(false);
add(ta);
try
{echoSocket=newSocket("10.102.4.41",1111);}//與服務器建立連接
catch(IOExceptione)
{System.out.println("error");}
}
publicvoidst(Stringstri)//發(fā)送字符串的方法
{
try
{DataOutputStreamos=newDataOutputStream(echoSocket.getOutputStream());
DataInputStreamis=newDataInputStream(echoSocket.getInputStream());
os.writeUTF(""+stri);//向服務器輸送string
os.flush();
}
catch(IOExceptione)
{System.out.println("error:"+e);}
}
publicStringst1()//接收字符串的方法
{
StringLine="";
try
{DataOutputStreamos=newDataOutputStream(echoSocket.getOutputStream());
DataInputStreamis=newDataInputStream(echoSocket.getInputStream());
Line=is.readUTF();//從服務器讀來的信息
ta.appendText(""+Line);//在文本域中輸出信息
}
catch(IOExceptione)
{System.out.println("error:"+e);}
returnLine;
}
}
7程序調試心得：
1)在建立Socket連接時，兩端的端口號必須設為一致，否則建立不了連接。服務器端必須有主機IP地址或主機名參數(shù)。
2)連接建立好之后應確定輸入和輸出流。起初程序中用的是DataInputStream和PrintStream，結果只能傳輸英文，傳輸中文時產(chǎn)生亂碼，將PrintStream改為DataOutputStream，使用readUTF()和writeUTF()方法后，中文傳輸問題得到解決。
3)如果一個使用某端口的程序沒有關閉，另一個程序就不能使用這個端口。
4)開始進行通信的程序均為Application，因不符合客戶機/服務器機制，應將客戶端的Application改為Applet。其轉化的主要步驟如下：
?創(chuàng)建一個包含APPLET標簽的HTML文件；
?去掉應用程序中的main()方法；
?類名應繼承Applet類，而不是Frame類，并在程序開頭加入
importjava.applet.*;語句；
?用init()方法代替Application程序中的構造方法，當瀏覽器創(chuàng)建Applet類對象的時候，它自動執(zhí)行init()方法；
?如Application中缺省使用了BorderLayout布局管理器，應在Applet的init()方法中重新設定；
?如果Application中有setTitle()方法，必須將其去掉，如Application中使用了菜單，在Applet中用按鈕來替換。
5)懂得了在一程序中如何引用自定義的類中的方法和變量，在程序開頭加入import類名；在程序中加入類名實例=new類名();然后使用
實例.方法（），實例.變量即可。
參考文獻：
[1]廖雷等，Java程序設計教程，中國電力出版社，2003
[2]Warton，Java多線程編程初步，電腦報，2004.4.10
[3]張立等，基于Client/Server模式的數(shù)據(jù)庫應用軟件的設計與實現(xiàn)，計算機應用研究，1999(4)