Java网络服务器编程

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。关于NIO的话题，在这篇文章就不再赘述，希望以后能有机会讨论。 ：）