Java 網路編程 —— 客戶端協議處理框架

来源:https://www.cnblogs.com/Yee-Q/archive/2023/06/03/17453172.html
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## 概述 Java 對客戶程式的通信過程進行了抽象，提供了通用的協議處理框架，該框架封裝了 Socket，主要包括以下類： - URL 類：統一資源定位符，表示客戶程式要訪問的遠程資源 - URLConnection 類：表示客戶程式與遠程伺服器的連接，客戶程式可以從 URLConnection ...


概述

Java 對客戶程式的通信過程進行了抽象，提供了通用的協議處理框架，該框架封裝了 Socket，主要包括以下類：

  • URL 類：統一資源定位符，表示客戶程式要訪問的遠程資源
  • URLConnection 類：表示客戶程式與遠程伺服器的連接，客戶程式可以從 URLConnection 獲得數據輸入流和輸出流
  • URLStreamHandler 類：協議處理器，主要負責創建與協議相關的 URLConnection 對象
  • ContentHandler 類：內容處理器，負責解析伺服器發送的數據，把它轉換為相應的 Java 對象

以上類都位於 java.net 包，除 URL 類為具體類，其餘的都是抽象類，對於一種具體的協議，需要創建相應的具體子類。Oracle 公司為協議處理框架提供了基於 HTTP 的實現，它們都位於 JDK 類庫的 sun.net.www 包或者其子包


URL 類的用法

下例的 HtpClient 類利用 URL 類創建了一個簡單的 HTTP 客戶程式，先創建了一個 URL 對象，然後通過它的 openStream() 方法獲得一個輸入流，接下來就從這個輸入流中讀取伺服器發送的響應結果

public class HttpClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        //http是協議符號
        URI url = new URL("http://www.javathinker.net/hello.htm");
        //接收響應結果
        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);
        }
        //把位元組數組轉換為字元串
        System.out.println(new String(buffer.toByteArray()));
    }
}

URL 類的構造方法創建 URLStreamHandler 實例的流程如下：

  1. 如果在 URL 緩存已經存在這樣的 URLStreamHandler 實例，則無須再創建，否則繼續執行下一步

  2. 如果程式通過 URL 類的靜態 setURLStreamHandlerFactory() 方法設置了 URLStreamHandlerFactory 介面的具體實現類，那麼就通過這個工廠類的 createURLStreamHandler() 方法來構造 URLStreamHandler 實例，否則繼續執行下一步

  3. 根據系統屬性 java.prolocol.handler.pkgs 來決定 URLStreamHandler 具體子類的名字，然後對其實例化，假定運行 HttpClient 的命令為：

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

    以上命令中的 -D 選項設定系統屬性，會先查找並試圖實例化 com.abc.net.www.http.Handler 類，如果失敗，再試圖實例化 net.javathinkerprotocols.http.Handler 類，如果以上操作都失敗，那麼繼續執行下一步

  4. 試圖實例化位於 sun.net.www.prolocol 包的 sun.netwww.protocol.協議名.Handler 類，如果失敗，URL 構造方法就會拋出 MalforedURLException。在本例協議名是 http，會試圖實例化 sun.net.www.protocol.http.Handler 類

URL 類具有以下方法：

  • openConnection()：創建並返回一個 URLConnection 對象，這個 openConnection() 方法實際上是通過調用 URLStreamHandler 類的 openConnection() 方法，來創建 URLConnection 對象
  • openStream()：返回用於讀取伺服器發送數據的輸入流，該方法實際上通過調用 URLConnection 類的 getInputStream() 方法來獲得輸入流
  • getContent()：返回包裝了伺服器發送數據的 Java 對象，該方法實際上調用 URLConnection 類的 getContent) 方法，而 URLConnection 類的 getContent() 方法又調用了 ContentHandler 類的 getContent() 方法

URLConnection 類的用法

URLConnection 類表示客戶程式與遠程伺服器的連接，URLConnection 有兩個 boolean 類型的屬性以及相應的 get 和 set 方法：

  • dolnput：如果取值為 true，表示允許獲得輸入流，讀取遠程伺服器發送的數據該屬性的預設值為 true。程式可通過 getDolnput() 和 setDolnput() 方法來讀取和設置該屬性
  • doOutput：如果取值為 true，表示允許獲得輸出流，向遠程伺服器發送數據該屬性的預設值為 false。程式可通過 getDoOutput() 和 setDoOutput() 方法來讀取和設置該屬性

URLConnection 類提供了讀取遠程伺服器的響應數據的一系列方法：

  • getHeaderField(String name)：返迴響應頭中參數 name 指定的屬性的值
  • getContentType()：返迴響應正文的類型，如果無法獲取響應正文的類型就返回 null
  • getContentLength()：返迴響應正文的長度，如果無法獲取響應正文的長度，就返回 -1
  • getContentEncoding()：返迴響應正文的編碼類型，如果無法獲取響應正文的編碼類型，就返回 null

下例的 HtpClient 類利用 URLConnection 類來讀取伺服器的響應結果

public class HttpClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        URL url = new URL("http://www,javathinkernet/hello.htm");
        URLConnection connection = url.openConnection();
        //接收響應結果
        System.out.printIn("正文類型:" + connection.getContentType());
        System.out.printIn("正文長度:" + connection.getContentLength());
        //讀取響應正文
        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);
        }
        
        //把位元組數組轉換為字元串
        System.out.println(new String(buffer.toByteArray()));
    }
}

實現協議處理框架

本節將為用戶自定義的 ECHO 協議實現處理框架，共創建了以下類：

  • EchoURLConnection 類：繼承自 URLConnection 類
  • EchoURLStreamHandler 類：繼承自 URLStreamHandler 類
  • EchoURLStreamHandlerFactory 類：實現 URLStreamHandlerFactory 介面
  • EchoContentHandler 類：繼承自 ContentHandler 類
  • EchoContentHandlerFactory 類：實現 ContentHandlerFactory 介面

1. 創建 EchoURLConnection 類

EchoURLConnection 類封裝了一個 Socket，在 connect() 方法中創建與遠程伺服器連接的 Socket 對象

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) {
            //斷開連接
            this.connection.close();
            this.connected = false;
        }
    }
}

2. 創建 EchoURLStreamHandler 及工廠類

EchoURLStreamHandler 類的 openConnection() 方法負責創建一個 EchoURLConnection 對象

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

EchoURLStreamHandlerFactory 類的 createURLStreamHandle() 方法負責構造 EchoURLStreamHandler 實例

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

在客戶程式中，可以通過以下方式設置 EchoURLStreamHandlerFactory

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

3. 創建 EchoContentHandler 類及工廠類

URLConnection 類還提供了 getContent() 方法，它有兩種重載形式：

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

第二個 getContent() 方法把伺服器發送的數據優先轉換為 classes 數組第一個元素指定的類型，如果轉換失敗，再嘗試轉換第二個元素指定的類型，以此類推

下例 HttpClient 演示處理伺服器發送的數據

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();
        //接收響應結果
        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("正文保存完畢");
        } else {
            System.out.println("未知的響應正文類型");
        }
    }
}

EchoContentHandler 類負責處理 EchoServer 伺服器發送的數據

public class EchoContentHandler extends ContentHandler {
    
    /** 讀取伺服器發送的一行數據，把它轉換為字元串對象 */
    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;
    }
}

第二個 getContent() 方法依次遍歷 classes 參數中的元素，判斷元素是否為 InputSuream 類型或 String 類型，如果是，就返回相應類型的對象，它包含了伺服器發送的數據。如果 classes 參數中的元素都不是 InputStream 類型或 String 類型，就返回 null

EchoContentHandlerFactory 類的 createContentHandler() 方法負責創建一個EchoContentHandler 對象

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

在客戶程式中，可以通過以下方式設置 EchoContentHandlerFactory

URLConnection.setContentHandlerFactory(new EchoContentHandlerFactory());
URL url = new URL("echo://localhost:8000");
EchoURLConnection connection = (EchoURLConnection)url.openConnection();
...
//讀取伺服器返回的數據，它被包裝為一個字元串對象
String echoMsg = (String)connection.getContent();

4. 在 EchoClient 類運用 ECHO 協議處理框架

public class EchoClient {
    
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        //設置URLStreamHandlerFactory
        URL.setURLStreamHandlerFactory(new EchoURLStreamHandlerFactory());
        //設置ContentHandlerFactory
        URLConnection.setContentHandlerFactory(new EchoContentHandlerFactory());
        
        URL url = new URL("echo://localhost:8000");
        EchoURLConnection connection = (EchoURlConnection) url.openConnection();
        //允許獲得輸出流
        connection.setDoOutput(true);
        //獲得輸出流
        PrintWriter pw = new PrintWriter(connection.getOutputStream(), true);
        while(true) {
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            String msg = br.readLine();
            //向伺服器發送消息
            pw.println(msg);
            //讀取伺服器返回的消息
            String echoMsg = (String) connection.getContent();
            System.out.println(echoMsg);
            if(echoMsg.equals("echo:bye")) {
                //斷開連接
                connection.disconnect();
                break;
            }
        }
    }
}


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