Как сделать клиент серверное приложение java

Обновлено: 19.09.2024

Если вы начали читать эту статью, то, скорее всего, имеете какое-то отношение к IT-и понимаете что такое IP-адрес – уникальный адрес, который определяет компьютер в сети.

Но достаточно ли такой адресации для полноценной работы? Предположим, что на некотором компьютере запущены одновременно две программы, которые взаимодействуют с интернетом – получают и/или отсылают какие-то данные. Программы никак между собой не связаны и общаются с разными интернет-сервисами. Но они расположены на одном компьютере, следовательно, имеют один IP-адрес. Если они одновременно должны получить данные от двух разных серверов, как же они определят, кому какие данные предназначались?

Для того, чтобы решить эту проблему, нужно вместе с самими данными передавать информацию о том, какой программе они предназначаются. Эта информация и есть порт.

В нашем случае каждая из программ (точнее, программисты, написавшие их) должна определить, по какому порту она хочет взаимодействовать с сетью. Сервер, в свою очередь, должен тоже знать этот порт и посылать данные именно на него.

Что же собой представляет этот загадочный порт? Вы можете взять отвёртку и перебрать весь компьютер, но портов так и не найдёте. Это просто число, которое передаётся вместе с данными. Теоретически, оно может находиться в диапазоне от 1 до 65535, но порты 1..1024 используются системными программами и занимать их не стоит. Поэтому порт следует выбирать из диапазона 1025..65535.

Планируем

Даже в таких простых программах, как чат, не нужно сразу лезть в IDEи писать что-то невнятное. Для начала стоит осмыслить теорию, с которой мы ознакомились (вы же её не пропустили, правда?) и понять, что она значит в контексте нашей программы.

Необходимо два режима работы программы – серверный и клиентский

При этом можно создать либо две разные программы, либо одну и спрашивать пользователя, в каком режиме её запустить. Первый способ лучше тем, что серверу не придётся хранить файлы для клиентской части. С другой стороны, так чтобы проверить работу сервера и клиента придётся качать и запускать две разные программы. Остановимся на втором способе – в одной программе в зависимости от желания пользователя, будем запускать серверный или клиентский режим.

Написание программы

Теперь, когда все подготовительные момент ясны, можно преступить к самому интересному – написанию программы.

Файлы и структура пакетов

Вы, конечно, знаете, что любая программа на Javaначинается с метода main(String[] args). Для большей наглядности не будем добавлять его к другим классам, а создадим отдельный класс Mainи пакет для него – main. В любой программе наверняка будут какие-то константы. Я предпочитаю выносить их в отдельный файл в виде publicstaticполей, поэтому создам класс Constи также добавлю его в пакет main.

Как мы помним, программа должна работать в режиме клиента или сервера. Создадим два соответствующих класса Clientи Server.

В итоге дерево пакетов выглядит так:

Выбор режима работы

Для начала нужно выбрать, в каком режиме запускать программу – сервер или клиент. Это нам и нужно первым делом узнать у пользователя, поэтому в метод main(…) пишем следующее:

Здесь всё достаточно просто – спрашиваем, как запускать программу, считываем букву ответа и запускаем соответствующий класс. Стоит пояснить только по поводу класса Scanner – это класс стандартной библиотеки, который облегчает работу с вводом данных из консоли. Он инициализируется стандартным потоком ввода.

Режим клиента

Пойдём от простого к сложному и сначала реализует клиентский режим работы.

Если сервер просто запускается и ждём пользователей, то клиентам приходится проявлять некоторую активность, а именно – подключиться к серверу. Для этого нужно знать его IPи порт подключения. Порт является константой, поэтому зададим его в Const.java:

Constобъявлен как abstract, т.к. содержит только статические данные и создавать его экземпляр ни к чему.

IPдолжен ввести пользователь, поэтому в конструкторе Client пишем:

Теперь у нас есть все необходимые данные – ip, порт, режим работы программы. Можно подключаться к серверу. Сначала создадим сокет:

При этом сразу же производится подключение и можно передавать и считывать данные. Но как это сделать, если данные передаются только через потоки? Каждый Socketсодержит входной и выходной потоки класса InputStreamи OutputStream. Можно работать прямо с ними, но лучше для удобства «завернуть» их во что-то более функциональное:

Любые операции с потоками и сокетами должны выполняться внутри блока try..catch, для того, чтобы обрабатывать ошибки.

Thread– класс Java, который реализует такую незаменимую вещь, как многопоточность. Это возможность программы одновременно выполнять разные наборы действий. Как раз то, что нам сейчас нужно.

В конструкторе создадим объект этого класса и запустим поток:

Итоговый файл Client.java вместе с остальными приведён в конце статьи.

Режим сервера

Сервер, в отличие от клиента, работает не с классом Socket, а с ServerSocket. При создании его объекта программа никуда не подключается, а просто создаётся сервер на порту, переданном в конструктор.

Теперь осталось только создать сервер, который будет принимать подключения, создавать объекты Connectionи добавлять их в массив. В конструкторе класса Server пишем:

Метод server.accept() указывает серверу ожидать подключения. Как только какой-то клиент подключится к серверу, метод вернёт объект Socket, связанный с этим подключением. Дальше создаётся объект Connection, инициализированный этим сокетом и добавляется в массив. Не забываем про try..catchи в конце закрываем все сокеты вместе с потоками методом closeAll();

Исходники

Где-то на середине статьи я вдруг осознал, что худшего учителя найти сложно, поэтому вот вам хотя бы исходники с комментариями. Может там что-то будет понятно. Спойлеров что-то нету, так что лучше выложу на bitbucket.

Это первое приложение в односторонней связи. В случае односторонней связи клиент отправляет на сервер, но сервер не отправляет обратно клиенту. При двусторонней связи клиент отправляет на сервер, а сервер отправляет обратно клиенту.

Всего в приложении TCP / IP 4 варианта.

APPLICATION NUMBER	FUNCTIONALITY
1st application	Client to server communication (one-way)
2nd application	Server to client communication (one-way)
3rd application	Server sends file contents to client (two-way, non-continuous)
4th application	Chat program (two-way, continuous)

1-е Приложение клиент-сервер

OutputStream ostream = sock.getOutputStream ();

Метод getOutputStream() класса Socket возвращает объект OutputStream, здесь объект является ostream. Это отправная точка всего общения (программы). Здесь сокет связан с потоками. Потоки способствуют передаче данных.

Ниже приведены исключения в вышеприведенной программе, создаваемые конструктором и различными методами.

ServerSocket sersock = новый ServerSocket (5000);

Socket sock = sersock.accept ();

InputStream istream = sock.getInputStream();

DataInputStream dstream = new DataInputStream (istream);

Поскольку InputStream является абстрактным классом, его нельзя использовать напрямую. Он связан с конкретным классом DataInputStream.

String message2 = dstream.readLine();

Примечание. При компиляции этой программы вы получаете предупреждение из-за метода readLine() объекта DataInutStream; но программа выполняется. Чтобы избежать этого предупреждения, в следующей программе используется BufferedReader.

Выполнение клиентских и серверных программ

Для лучшего понимания вопрос-ответ из пакета java.lang.

Сколько существует типов внутренних классов?
Ответ: 4 типа.

Средняя оценка / 5. Количество голосов:

Спасибо, помогите другим - напишите комментарий, добавьте информации к статье.

Этот учебник знакомит с программированием сокетов Java по протоколу TCP/IP с реальным приложением Клиент/сервер.

1. Обзор

Термин сокет программирование относится к написанию программ, которые выполняются на нескольких компьютерах, в которых все устройства подключены друг к другу с помощью сети.

Существует два протокола связи, которые можно использовать для программирования сокетов: Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) и протокол управления передачей (TCP) .

Основное различие между ними заключается в том, что UDP не имеет соединения, что означает отсутствие сеанса между клиентом и сервером, в то время как TCP ориентирован на соединение, что означает, что сначала должно быть установлено исключительное соединение между клиентом и сервером для осуществления связи.

Этот учебник представляет введение в программирование сокетов по сетям TCP/IP и демонстрирует, как писать клиентские/серверные приложения на Java. UDP не является основным протоколом и как таковой может встречаться нечасто.

2. Настройка проекта

Java предоставляет набор классов и интерфейсов, которые заботятся о деталях низкоуровневой связи между клиентом и сервером.

Нам также нужны java.io пакет, который дает нам входные и выходные потоки для записи и чтения во время общения:

3. Простой Пример

Давайте испачкаем руки в самых основных примерах, связанных с клиентом и сервером . Это будет двустороннее коммуникационное приложение, в котором клиент приветствует сервер, а сервер отвечает.

Давайте создадим серверное приложение в классе с именем GreetServer.java со следующим кодом.

Мы включаем метод main и глобальные переменные, чтобы привлечь внимание к тому, как мы будем запускать все серверы в этой статье. В остальных примерах в статьях мы опустим этот тип более повторяющегося кода:

Давайте также создадим клиент под названием GreetClient.java с этим кодом:

Давайте запустим сервер; в вашей IDE вы делаете это, просто запустив его как Java-приложение.

А теперь давайте отправим приветствие на сервер с помощью модульного теста, который подтверждает, что сервер действительно отправляет приветствие в ответ:

Не волнуйтесь, если вы не совсем понимаете, что здесь происходит, так как этот пример призван дать нам представление о том, чего ожидать в дальнейшем в статье.

В следующих разделах мы проанализируем связь сокетов , используя этот простой пример, и углубимся в детали с большим количеством примеров.

4. Как Работают Сокеты

Мы будем использовать приведенный выше пример, чтобы пройти через различные части этого раздела.

По определению, сокет -это одна конечная точка двустороннего канала связи между двумя программами, запущенными на разных компьютерах в сети. Сокет привязан к номеру порта , чтобы транспортный уровень мог идентифицировать приложение, которому предназначены данные для отправки.

4.1. Сервер

Обычно сервер работает на определенном компьютере в сети и имеет сокет, привязанный к определенному номеру порта. В нашем случае мы используем тот же компьютер, что и клиент, и запустили сервер по порту 6666 :

Сервер просто ждет, слушая сокет, чтобы клиент сделал запрос на подключение. Это происходит на следующем шаге:

Когда код сервера встречает метод accept , он блокируется до тех пор, пока клиент не сделает запрос на подключение к нему.

Если все идет хорошо, сервер принимает соединение. После принятия сервер получает новый сокет clientSocket , привязанный к тому же локальному порту, 6666 , а также имеет свою удаленную конечную точку, установленную на адрес и порт клиента.

Чтобы обеспечить непрерывность связи, нам придется читать из входного потока внутри цикла while и выходить только тогда, когда клиент отправляет запрос на завершение, мы увидим это в действии в следующем разделе.

Для каждого нового клиента серверу требуется новый сокет, возвращаемый вызовом accept . ServerSocket используется для продолжения прослушивания запросов на подключение в соответствии с потребностями подключенных клиентов. Мы еще не допустили этого в нашем первом примере.

4.2. Клиент

Клиент должен знать имя хоста или IP-адрес машины, на которой работает сервер, и номер порта, на котором сервер прослушивает.

Чтобы сделать запрос на подключение, клиент пытается встретиться с сервером на компьютере и порту сервера:

Клиент также должен идентифицировать себя с сервером, чтобы привязаться к локальному номеру порта, назначенному системой, который он будет использовать во время этого соединения. Мы не занимаемся этим сами.

Приведенный выше конструктор создает новый сокет только тогда, когда сервер принял соединение, в противном случае мы получим исключение отказа в соединении. После успешного создания мы можем получить входные и выходные потоки от него для связи с сервером:

5. Непрерывная Связь

Таким образом, это полезно только в запросах ping, но представьте, что мы хотели бы внедрить сервер чата, и, безусловно, потребуется непрерывная обратная связь между сервером и клиентом.

Обратите внимание, что мы добавили условие завершения, при котором цикл while завершается, когда мы получаем символ точки.

Мы запустим Echo Server , используя метод main так же, как мы это сделали для GreetServer . На этот раз мы запускаем его на другом порту, таком как 4444 чтобы избежать путаницы.

Клиент Echo похож на Отличный клиент , поэтому мы можем дублировать код. Мы разделяем их для ясности.

В другом тестовом классе мы создадим тест, чтобы показать, что несколько запросов к EchoServer будут обслуживаться без закрытия сокета сервером. Это верно до тех пор, пока мы отправляем запросы от одного и того же клиента.

Работа с несколькими клиентами-это другой случай, который мы рассмотрим в следующем разделе.

Давайте создадим метод setup для инициирования соединения с сервером:

Мы также создадим метод tearDown для освобождения всех наших ресурсов, это лучшая практика для каждого случая, когда мы используем сетевые ресурсы:

Это улучшение по сравнению с первоначальным примером, когда мы общались только один раз, прежде чем сервер закрыл наше соединение; теперь мы посылаем сигнал завершения, чтобы сообщить серверу, когда мы закончим сеанс .

6. Сервер С Несколькими Клиентами

Несмотря на то, что предыдущий пример был улучшением по сравнению с первым, он все еще не является отличным решением. Сервер должен иметь возможность обслуживать множество клиентов и множество запросов одновременно.

Работа с несколькими клиентами-это то, что мы рассмотрим в этом разделе.

Еще одна особенность, которую мы увидим здесь, заключается в том, что один и тот же клиент может отключиться и снова подключиться, не получая исключения отказа в подключении или сброса соединения на сервере. Раньше мы не могли этого сделать.

Это означает, что наш сервер будет более надежным и устойчивым к многочисленным запросам от нескольких клиентов.

Мы сделаем это, чтобы создать новый сокет для каждого нового клиента и обслуживать запросы этого клиента в другом потоке. Количество клиентов, обслуживаемых одновременно, будет равно количеству запущенных потоков.

Основной поток будет выполнять цикл while, когда он прослушивает новые соединения.

Хватит разговоров, давайте создадим еще один сервер под названием EchoMultiServer.java. Внутри него мы создадим класс потока обработчика для управления коммуникациями каждого клиента в его сокете:

Обратите внимание, что теперь мы вызываем accept внутри цикла while . Каждый раз, когда выполняется цикл while , он блокирует вызов accept до тех пор, пока не подключится новый клиент , а затем для этого клиента создается поток обработчика EchoClientHandler .

Давайте запустим наш сервер, используя его основной метод на порту 5555 .

Для ясности мы все равно поместим тесты в новый набор:

Мы могли бы создать столько тестовых случаев, сколько нам заблагорассудится, каждый из которых порождает нового клиента, и сервер будет обслуживать их все.

7. Заключение

В этом уроке мы сосредоточились на введении в программирование сокетов через TCP/IP и написали простое клиент-серверное приложение на Java.

Клиент-серверная архитектура — наиболее распространенная структура приложений в Интернете. В этой архитектуре клиенты (т.е. персональные компьютеры, устройства Интернета вещей и т. д.) сначала запрашивают ресурсы с сервера. Затем сервер отправляет обратно соответствующие ответы на запросы клиентов. Чтобы это произошло, должен быть какой-то механизм, реализованный как на стороне клиента, так и на стороне сервера, который поддерживает эту сетевую транзакцию. Этот механизм называется коммуникацией посредством сокетов.

Почти каждое приложение, которое полагается на сетевые операции, такие как извлечение данных с удаленных серверов и загрузка файлов на сервер, широко использует сокеты “под капотом”. Несколько примеров таких приложений — браузеры, чат-приложения и одноранговые сетевые приложения.

В этой статье мы более подробно рассмотрим сокеты и простую клиент-серверную реализацию с использованием сокетов в Java.

Примечание: существует два типа сокетов: TCP и UDP. Поскольку большинство сетевых приложений используют TCP, здесь я буду говорить только о TCP-сокетах и их реализации.

Что такое сокет?

Сокет — это программная (логическая) конечная точка, устанавливающая двунаправленную коммуникацию между сервером и одной или несколькими клиентскими программами. Сокет — это нечто “программное”. Другими словами, сокет не существует на физическом уровне. Прикладное программное обеспечение определяет сокет так, чтобы он использовал порты на основном компьютере для его реализации. Это позволяет программистам комфортно работать с низкоуровневыми деталями сетевых коммуникаций, такими как порты, маршрутизация и т. д., внутри прикладного кода.

Как работают сокеты?

TCP-сокет устанавливает связь между клиентом и сервером в несколько этапов.

Блок-схема коммуникации TCP-сокета

Socket() — на сервере создается конечная точка для коммуникации.
Bind() — сокету присваивается уникальный номер и для него резервируется уникальная комбинации IP-адреса и порта.
Listen() — после создания сокета сервер ожидает подключения клиента.
Accept() — сервер получает запрос на подключение от клиентского сокета.
Connect() — клиент и сервер соединены друг с другом.
Send()/Recieve() — обмен данными между клиентом и сервером.
Close() — после обмена данными сервер и клиент разрывают соединение.

К настоящему времени мы уже достаточно знаем о TCP-сокетах. Давайте теперь посмотрим на них в действии.

Реализация коммуникации посредством TCP-сокетов в Java

Давайте посмотрим, как мы можем реализовать коммуникацию сокетов в Java. Мы сейчас напишем две Java-программы. Одной будет программа, запущенная на сервере, а другой — клиентская программа, которая будет взаимодействовать с сервером.

Реализация серверного сокета

В приведенной выше программе сервер открывает сокет с порта 50001 на серверной машине и ожидает клиента на server.accept() . После подключения клиента создается экземпляр выходного потока. Это может быть использовано для отправки данных с сервера на подключенный клиент. Именно это и делает serverOutput.writeBytes() . После отправки данных соединение с клиентом завершается.

Теперь давайте создадим клиент для взаимодействия с серверным сокетом, созданным выше.

Реализация клиентского сокета

Запуск программ

Сначала запустите серверную Java-программу, а затем клиентскую Java-программу (потому что сервер уже должен работать для подключения клиента). Вы увидите Received data: Java Revisited в терминале, где работает клиентская программа. Вот что здесь произошло: серверная программа отправила данные клиенту по запросу, а клиентская программа вывела их на терминал.

В этой статье мы обсудили, что такое сокеты и Java-реализация связи TCP-сокетов.

Читайте также: