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Java 网络编程 —— 客户端协议处理框架

2023-06-03 00:08 由 低吟不作语 发表于 #后端开发

概述

Java 对客户程序的通信过程进行了抽象，提供了通用的协议处理框架，该框架封装了 Socket，主要包括以下类：

  • URL 类：统一资源定位符，表示客户程序要访问的远程资源
  • URLConnection 类：表示客户程序与远程服务器的连接，客户程序可以从 URLConnection 获得数据输入流和输出流
  • URLStreamHandler 类：协议处理器，主要负责创建与协议相关的 URLConnection 对象
  • ContentHandler 类：内容处理器，负责解析服务器发送的数据，把它转换为相应的 Java 对象

以上类都位于 java.net 包，除 URL 类为具体类，其余的都是抽象类，对于一种具体的协议，需要创建相应的具体子类。Oracle 公司为协议处理框架提供了基于 HTTP 的实现，它们都位于 JDK 类库的 sun.net.www 包或者其子包


URL 类的用法

下例的 HtpClient 类利用 URL 类创建了一个简单的 HTTP 客户程序，先创建了一个 URL 对象，然后通过它的 openStream() 方法获得一个输入流，接下来就从这个输入流中读取服务器发送的响应结果

public class HttpClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        //http是协议符号
        URI url = new URL("http://www.javathinker.net/hello.htm");
        //接收响应结果
        InputStream in = url.openStream();
        ByteArrayOutputStream buffer = new ByteArrayOutputStream();
        bytel] buff = new byte[1024];
        int len = -l;
        
        while((len = in.read(buff)) != -1) {
            buffer.write(buff, 0, len);
        }
        //把字节数组转换为字符串
        System.out.println(new String(buffer.toByteArray()));
    }
}

URL 类的构造方法创建 URLStreamHandler 实例的流程如下：

  1. 如果在 URL 缓存已经存在这样的 URLStreamHandler 实例，则无须再创建，否则继续执行下一步

  2. 如果程序通过 URL 类的静态 setURLStreamHandlerFactory() 方法设置了 URLStreamHandlerFactory 接口的具体实现类，那么就通过这个工厂类的 createURLStreamHandler() 方法来构造 URLStreamHandler 实例，否则继续执行下一步

  3. 根据系统属性 java.prolocol.handler.pkgs 来决定 URLStreamHandler 具体子类的名字，然后对其实例化，假定运行 HttpClient 的命令为：

    java -Djava.protocol.handler.pkgs=com.abc.net.www | net.javathinker.protocols HttpClient

    以上命令中的 -D 选项设定系统属性，会先查找并试图实例化 com.abc.net.www.http.Handler 类，如果失败，再试图实例化 net.javathinkerprotocols.http.Handler 类，如果以上操作都失败，那么继续执行下一步

  4. 试图实例化位于 sun.net.www.prolocol 包的 sun.netwww.protocol.协议名.Handler 类，如果失败，URL 构造方法就会抛出 MalforedURLException。在本例协议名是 http，会试图实例化 sun.net.www.protocol.http.Handler 类

URL 类具有以下方法：

  • openConnection()：创建并返回一个 URLConnection 对象，这个 openConnection() 方法实际上是通过调用 URLStreamHandler 类的 openConnection() 方法，来创建 URLConnection 对象
  • openStream()：返回用于读取服务器发送数据的输入流，该方法实际上通过调用 URLConnection 类的 getInputStream() 方法来获得输入流
  • getContent()：返回包装了服务器发送数据的 Java 对象，该方法实际上调用 URLConnection 类的 getContent) 方法，而 URLConnection 类的 getContent() 方法又调用了 ContentHandler 类的 getContent() 方法

URLConnection 类的用法

URLConnection 类表示客户程序与远程服务器的连接，URLConnection 有两个 boolean 类型的属性以及相应的 get 和 set 方法：

  • dolnput：如果取值为 true，表示允许获得输入流，读取远程服务器发送的数据该属性的默认值为 true。程序可通过 getDolnput() 和 setDolnput() 方法来读取和设置该属性
  • doOutput：如果取值为 true，表示允许获得输出流，向远程服务器发送数据该属性的默认值为 false。程序可通过 getDoOutput() 和 setDoOutput() 方法来读取和设置该属性

URLConnection 类提供了读取远程服务器的响应数据的一系列方法：

  • getHeaderField(String name)：返回响应头中参数 name 指定的属性的值
  • getContentType()：返回响应正文的类型，如果无法获取响应正文的类型就返回 null
  • getContentLength()：返回响应正文的长度，如果无法获取响应正文的长度，就返回 -1
  • getContentEncoding()：返回响应正文的编码类型，如果无法获取响应正文的编码类型，就返回 null

下例的 HtpClient 类利用 URLConnection 类来读取服务器的响应结果

public class HttpClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        URL url = new URL("http://www,javathinkernet/hello.htm");
        URLConnection connection = url.openConnection();
        //接收响应结果
        System.out.printIn("正文类型:" + connection.getContentType());
        System.out.printIn("正文长度:" + connection.getContentLength());
        //读取响应正文
        InputStream in = connection.getInputStream();
        
        ByteArrayOutputStream buffer = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buff = new byte[1024];
        int len = -l;
        
        while((len = in.read(buff)) != -1) {
            buffer.write(buff, 0, len);
        }
        
        //把字节数组转换为字符串
        System.out.println(new String(buffer.toByteArray()));
    }
}

实现协议处理框架

本节将为用户自定义的 ECHO 协议实现处理框架，共创建了以下类：

  • EchoURLConnection 类：继承自 URLConnection 类
  • EchoURLStreamHandler 类：继承自 URLStreamHandler 类
  • EchoURLStreamHandlerFactory 类：实现 URLStreamHandlerFactory 接口
  • EchoContentHandler 类：继承自 ContentHandler 类
  • EchoContentHandlerFactory 类：实现 ContentHandlerFactory 接口

1. 创建 EchoURLConnection 类

EchoURLConnection 类封装了一个 Socket，在 connect() 方法中创建与远程服务器连接的 Socket 对象

public class EchoURLConnection extends URLConnection {
    
    private Socket connection = null;
    public final static int DEFAULT PORT = 8000;
    
    public EchoURLConnection(URL url) {
        super(url);
    }
    
    public synchronized InputStream getInputStream() throws IOException {
        if(!connected) connect();
        return connection.getInputStream();
    }
    
    public synchronized OutputStream getOutputStream() throws IOException {
        if(!connected) connect();
        return connection.getOutputStream();
    }
    
    public String getContentType() {
        return "text/plain";
    }
    
    public synchronized void connect() throws IOException {
        if(!connected) {
            int port = url.getPort();
            if(port < 0 || port > 65535) port = DEFAULT_PORT;
            this.connection = new Socket(url.getHost(), port);
            this.connected = true;
        }
    }
    
    public synchronized void disconnect() throws IOException {
        if(connected) {
            //断开连接
            this.connection.close();
            this.connected = false;
        }
    }
}

2. 创建 EchoURLStreamHandler 及工厂类

EchoURLStreamHandler 类的 openConnection() 方法负责创建一个 EchoURLConnection 对象

public class EchoURLStreamHandler extends URLStreamHandler {
    
    public int getDefaultPort() {
        return 8000;
    }
    
    protected URLConnection openConnection(URL url) throws IOException {
        return new EchoURLConnection(url);
    }
}

EchoURLStreamHandlerFactory 类的 createURLStreamHandle() 方法负责构造 EchoURLStreamHandler 实例

public class EchoURLStreamHandlerFactory implements URLStreamhandlerFactory {
    
    public URLStreamHandler createURLStreamHandler(String protocol) {
        if(protocol.equals("echo"))
            return new EchoURLStreamHandler();
        else
            return null;
    }
}

在客户程序中，可以通过以下方式设置 EchoURLStreamHandlerFactory

URL.setURLStreamHandlerFactory(new EchoURLStreamHandlerFactory());
URL url=new URL("echo://localhost:8000");

3. 创建 EchoContentHandler 类及工厂类

URLConnection 类还提供了 getContent() 方法，它有两种重载形式：

public Object getContent();
public Object getContent(Class[] classes);

第二个 getContent() 方法把服务器发送的数据优先转换为 classes 数组第一个元素指定的类型，如果转换失败，再尝试转换第二个元素指定的类型，以此类推

下例 HttpClient 演示处理服务器发送的数据

public class HttpClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        URL url = new URL("http://www,javathinker.net/hello.htm");
        URlConnection connection = url.openConnection();
        //接收响应结果
        InputStream in = connection.getInputStream();
        Class[] types = {String.class, InputStream.class};
        Object obj = connection.getContent(types);
        
        if(obj instanceof String) {
            System.out.println(obj);
        } else if(obj instanceof InputStream) {
            in = (InputStream) obj;
            FileOutputStream file = new FileOutputStream("data");
            byte[] buff = new byte[1024];
            int len = -l;
            
            while((len = in.read(buff)) != -1) {
                file.write(buff, 0 ,len);
            }
            
            System.out.println("正文保存完毕");
        } else {
            System.out.println("未知的响应正文类型");
        }
    }
}

EchoContentHandler 类负责处理 EchoServer 服务器发送的数据

public class EchoContentHandler extends ContentHandler {
    
    /** 读取服务器发送的一行数据，把它转换为字符串对象 */
    public Object getContent(URLConnection connection) throws IOException {
    	InputStream in = connection.getInputStream();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
        return br.readLine();
    }
    
    public Object getContent(URLConnection connection, Class[] classes) throws IOException {
        InputStream in = connection.getInputStream();
        for(int i = 0; i < classes.length; i++) {
            if(classes[i] == InputStream.class) {
                return in;
            } else if(classes[i] == String.class) {
                return getContent(connection);
            }
        }
        return null;
    }
}

第二个 getContent() 方法依次遍历 classes 参数中的元素，判断元素是否为 InputSuream 类型或 String 类型，如果是，就返回相应类型的对象，它包含了服务器发送的数据。如果 classes 参数中的元素都不是 InputStream 类型或 String 类型，就返回 null

EchoContentHandlerFactory 类的 createContentHandler() 方法负责创建一个EchoContentHandler 对象

public class EchoContentHandlerFactory implements ContentHandlerFactory {
    
    public ContentHandler createContentHandler(String mimetype) {
        if(mimetype.equals("text/plain")) {
            return new EchoContentHandler();
        } else {
            return null;
        }
    }
}

在客户程序中，可以通过以下方式设置 EchoContentHandlerFactory

URLConnection.setContentHandlerFactory(new EchoContentHandlerFactory());
URL url = new URL("echo://localhost:8000");
EchoURLConnection connection = (EchoURLConnection)url.openConnection();
...
//读取服务器返回的数据，它被包装为一个字符串对象
String echoMsg = (String)connection.getContent();

4. 在 EchoClient 类运用 ECHO 协议处理框架

public class EchoClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        //设置URLStreamHandlerFactory
        URL.setURLStreamHandlerFactory(new EchoURLStreamHandlerFactory());
        //设置ContentHandlerFactory
        URLConnection.setContentHandlerFactory(new EchoContentHandlerFactory());
        
        URL url = new URL("echo://localhost:8000");
        EchoURLConnection connection = (EchoURlConnection) url.openConnection();
        //允许获得输出流
        connection.setDoOutput(true);
        //获得输出流
        PrintWriter pw = new PrintWriter(connection.getOutputStream(), true);
        while(true) {
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            String msg = br.readLine();
            //向服务器发送消息
            pw.println(msg);
            //读取服务器返回的消息
            String echoMsg = (String) connection.getContent();
            System.out.println(echoMsg);
            if(echoMsg.equals("echo:bye")) {
                //断开连接
                connection.disconnect();
                break;
            }
        }
    }
}

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