Lập trình mạng Socket trong Java

Gói java.net của J2SE API chứa một tập hợp các class và interface mà cung cấp chi tiết về giao tiếp tầm thấp, cho phép bạn viết các chương trình mà trọng tâm vào giải quyết vấn đề trong tầm tay.

Gói java.net cung cấp sự hỗ trợ cho hai giao thức mạng phổ biến:

• TCP: TCP là viết tắt của Transmission Control Protocol, cho phép sự giao tiếp đáng tin cậy giữa hai ứng dụng. TCP đặc trưng được sử dụng qua Internet Protocol, được xem như là TCP/IP.

• UDP: UDP là viết tắt của User Datagram Protocol, một giao thức connection-less, cho phép các gói nhỏ dữ liệu được truyền tải giữa các ứng dụng.

Chương này giúp bạn hiểu sâu về hai chủ đề trong Java:

• Lập trình Socket: Đây là khái niệm được sử dụng rộng rãi nhất trong lập trình mạng và nó được giải thích rất chi tiết.

• Tiến trình URL: Nó sẽ được trình bày riêng.

Các Socket cung cấp kỹ thuật giao tiếp giữa hai máy tính sử dụng TCP. Một chương trình Client tạo một socket trên đầu cuối của giao tiếp và cố gắng để kết nối socket đó tới một Server.

Khi kết nối được tạo, Server tạo một đối tượng Socket trên đầu cuối của giao tiếp. Client và Server bây giờ có thể giao tiếp bằng việc đọc và ghi từ Socket.

Lớp java.net.Socket biểu diễn một Socket, và lớp java.net.ServerSocket cung cấp một kỹ thuật cho chương trình Server để nghe thông tin từ các Client và thành lập các kết nối với chúng.

Các bước sau xảy ra khi thành lập một kết nối TCP giữa hai máy tính sử dụng Socket:

• Server khởi tạo một đối tượng ServerSocket, biểu thị số hiệu cổng (port) nào để xuất hiện giao tiếp.

• Server gọi phương thức accept() của lớp ServerSocket. Phương thức này đợi tới khi một Client kết nối với Server trên cổng đã cho.

• Sau khi Server đang đợi, một Client khởi tạo một đối tượng Socket, xác định tên Server và số hiệu cổng để kết nối tới.

• Constructor của lớp Socket cố gắng để kết nối Client tới Server và số hiệu cổng đã xác định. Nếu giao tiếp được thành lập, bây giờ Client có một đối tượng Socket có khả năng giao tiếp với Server.

• Trên Server-side, phương thức accept() trả về một tham chiếu tới một socket mới trên Server mà được kết nối với socket của Client.

TCP là một giao thức giao tiếp hai chiều, vì thế dữ liệu có thể được gửi qua cả hai luồng tại cùng một thời điểm. Các lớp hữu ích sau đây cung cấp đầy đủ các phương thức để triển khai các Socket.

Lớp java.net.ServerSocket trong Java được sử dụng bởi các ứng dụng Server để thu nhận một cổng và nghe các yêu cầu từ Client.

Lớp ServerSocket có 4 constructor sau:

Nếu ServerSocket constructor không ném một exception, nghĩa là ứng dụng của bạn đã thành công kết nối tới cổng đã xác định và sẵn sàng cho các yêu cầu của Client.

Bảng dưới liệt kê các phương thức phổ biến của lớp ServerSocket trong Java:

Khi ServerSocket gọi phương thức accept(), phương thức này không trả về giá trị tới khi một Client kết nối. Sau khi một Client kết nối, ServerSocket tạo một Socket mới trên một cổng chưa được xác định và trả về một tham chiếu tới Socket mới này. Bây giờ, một kết nối TCP tồn tại giữa Client và Server, và giao tiếp có thể bắt đầu.

Lớp java.net.Socket biểu diễn socket mà cả Client và Server sử dụng để kết nối với nhau. Client thu nhận một đối tượng Socket bằng việc khởi tạo nó, trong khi Server thu nhận một đối tượng Socket từ giá trị trả về của phương thức accept().

Lớp Socket có 5 constructor mà một Client sử dụng để kết nối tới một Server:

Khi Socket constructor trả về giá trị, nó không đơn giản chỉ khởi tạo một đối tượng Socket mà nó còn thực sự cố gắng kết nối tới Server và cổng đã xác định.

Một số phương thức của lớp Socket đáng quan tâm được liệt kê dưới đây. Chú ý rằng, cả Server và Client đều có một đối tượng Socket, vì thế những phương thức này có thể được gọi bởi cả Client và Server.

Lớp này biểu diễn một địa chỉ Internet Protocol (IP). Dưới đây liệt kê một số phương thức hữu ích mà bạn sẽ cần trong khi lập trình Socket.

GreetingClient sau là một chương trình Client kết nối tới một Server bởi sử dụng một Socket và gửi một lời chào, và sau đó đợi một phản hồi.

// File Name GreetingClient.java

import java.net. * ;
import java.io. * ;

public class GreetingClient {
  public static void main(String[] args) {
    String tenServer = args[0];
    int port = Integer.parseInt(args[1]);
    try {
      System.out.println("Ket noi toi " + tenServer + " on port " + port);
      Socket client = new Socket(tenServer, port);
      System.out.println("Just connected to " + client.getRemoteSocketAddress());
      OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
      DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);

      out.writeUTF("Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
      InputStream inFromServer = client.getInputStream();
      DataInputStream in =new DataInputStream(inFromServer);
      System.out.println("Server says " + in.readUTF());
      client.close();
    } catch(IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

Chương trình GreetingServer sau là ví dụ về một ứng dụng Server sử dụng lớp Socket để lắng nghe các Client trên một số hiệu cổng đã xác định bởi một tham số dòng lệnh.

// File Name GreetingServer.java

import java.net. * ;
import java.io. * ;

public class GreetingServer extends Thread {
  private ServerSocket serverSocket;

  public GreetingServer(int port) throws IOException {
    serverSocket = new ServerSocket(port);
    serverSocket.setSoTimeout(10000);
  }

  public void run() {
    while (true) {
      try {
        System.out.println("Waiting for client on port " + serverSocket.getLocalPort() + "...");
        Socket server = serverSocket.accept();
        System.out.println("Just connected to " + server.getRemoteSocketAddress());
        DataInputStream in =new DataInputStream(server.getInputStream());
        System.out.println( in .readUTF());
        DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
        out.writeUTF("Thank you for connecting to " + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
        server.close();
      } catch(SocketTimeoutException s) {
        System.out.println("Socket timed out!");
        break;
      } catch(IOException e) {
        e.printStackTrace();
        break;
      }
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
    int port = Integer.parseInt(args[0]);
    try {
      Thread t = new GreetingServer(port);
      t.start();
    } catch(IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

Biên dịch Client và Server và sau đó bắt đầu Server như sau:

$ java GreetingServer 6066
Waiting for client on port 6066...
Kiểm tra chương trình Client như sau:

$ java GreetingClient localhost 6066
Connecting to localhost on port 6066
Just connected to localhost/127.0.0.1:6066
Server says Thank you for connecting to /127.0.0.1:6066
Goodbye!

Qua bài này, chúng ta đã tìm hiểu khái niệm về socket cũng như cách lập trình socket với TCP trong java. Về cơ bản lập trình Socket trong các ngôn ngữ lập trình khác không có nhiều khác biệt, việc viết các chương trình giao tiếp như vậy trong nhiều ngôn ngữ khác nhau giúp các bạn luyện tập tốt hơn trong quá trình học tập. Chúc các bạn thành công!