From Gossip@caterpillar

Java Gossip: Socket 類別

在TCP/IP 底層的運作必須處理封包、標頭、格式、交握等的細節，這實在不是什麼好差事，為此Berkeley UNIX提出Socket的概念，將網路連線簡化為資料流（data stream）的概念，這個資料流在客戶端與伺服端各有一個接口（port），而資料流就像是在一個連接兩接口的纜線中傳遞，程式設計人員使用 Socket的概念來撰寫網路連線程式，只要處理主機資訊與連接埠，而不用關心底層的瑣碎運作。

簡而言之，就如同檔案輸出入一樣，Socket將網路連線也視作一種輸出入的動作，資料的傳遞就像是將資料寫入與讀入。

在Java中提供Socket類別來支援Socket概念，這邊介紹四個建構式：
public Socket(String host, int port)
public Socket(InetAddress host, int port)
public Socket(String host, int port, InetAddress interface, int localPort)
public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress interface, int localPort)

除了第一個建構函式必須同時處理UnknownHostException（無法識別主機）與IOException（無法建立連線時）之外，其它的建構式只需處理IOException。

第一與第二個建構式讓您指定遠端主機與連接時所使用的連接埠，而本機的部份則交由程式自行決定，第三與第四個建構函式可以讓您指定遠端與本身的資訊。

您可以直接指定主機名稱來建立Socket物件，然而使用InetAddress會比較有效率，在真正進行Socket連線之前，如果在建立InetAddress物件時無法取得主機資訊，則可以提前進行相關的處理。

下面這個程式可以讓您掃描指定主機上所開啟的連接埠（0~1023），這邊指定本機為對象建立Socket連線，如果某個連接埠有開啟，就會建立連線，此時顯示該連接埠開啟的訊息：
  • ScanPort.java
package onlyfun.caterpillar;

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

public class ScanPort {
    public static void main(String[] args) {  
        try {
            String hostname = "localhost";
            InetAddress address = InetAddress.getByName(hostname); 

            for(int i = 0; i < 1024; i++) { 
                try { 
                    Socket skt = new Socket(address, i); 
                    // 連線表示有開啟 Port 
                    System.out.printf("%nPort: %d Opened..", i); 
                    skt.close(); 
                } 
                catch(IOException e) { 
                    System.out.print("."); 
                    // 無法建立連線，沒有開啟 Port 
                } 
            } 
        } 
        catch(UnknownHostException e) { 
            e.printStackTrace();
        } 
    } 
}

在建立了Socket物件之後，可以取得Socket物件的相關資訊，例如：
public InetAddress getInetAddress()
public int getPort()
public int getLocalPort()
public inetAddress getLocalAddress()

以上的方法由上而下分別為取得Socket連接對象位址、連接對象連接埠、本機連接埠、本機位址。

如果要取過Socket物件接受或輸出資訊，可以使用getInputStream()與getOutputStream()兩個方法，就如同檔案I/O 一樣，您只要將它當作串流資料來處理即可，至於網路上的資訊是如何交換的，您並不用得知，Java會自動幫您完成相關的協定確認。

下面這個程式模擬Telnet程式，您可以用它來與遠端主機進行「以行為主」的文字或指令溝通，也就是每下一行文字或指令就按Enter鍵，然後程式會將您的指令傳送出去，並顯示遠端主機的回應訊息，為了同時處理遠端主機的回應與本機使用者的輸入，程式使用多執行緒：
  • SocketToStdout.java
package onlyfun.caterpillar;

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

public class SocketToStdout implements Runnable {
    private Socket skt;
    
    public SocketToStdout(Socket skt) {
        this.skt = skt;
    }
    
    public void run() {
        BufferedReader sktReader;
        try { 
            sktReader = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(skt.getInputStream()));
            
            String sktMessage = null;
            while((sktMessage = sktReader.readLine()) != null) {
                System.out.println(sktMessage); 
            }

            skt.close(); 
        } 
        catch(IOException e) { 
            System.out.println(e.toString()); 
        } 
    }
}
  • StdInToSocket.java
package onlyfun.caterpillar;

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

public class StdInToSocket implements Runnable {
    private Socket skt;
    
    public StdInToSocket(Socket skt) {
        this.skt = skt;
    }
    
    public void run() {
        String userInput; 
        BufferedReader stdInReader; 
        PrintStream socketStream; 

        try { 
            stdInReader = new BufferedReader(
                            new InputStreamReader(System.in)); 
            socketStream = new PrintStream(skt.getOutputStream()); 

            while(true) { 
                if(skt.isClosed()) {
                     break; 
                }
                userInput = stdInReader.readLine(); 
                socketStream.println(userInput); 
            } 
        } 
        catch(IOException e) { 
            e.printStackTrace();
        } 

    }
}
  • ConnectDemo.java
package onlyfun.caterpillar;

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

public class ConnectDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String hostname = "localhost"; 
        int port = 23; 
        InetAddress address; 
        BufferedReader buf; 
        String read; 

        if(args.length > 1) { 
            hostname = args[0]; 
            port = Integer.parseInt(args[1]); 
        } 

        try { 
            address = InetAddress.getByName(hostname); 
            try {
                Socket skt = new Socket(address, port);
                Thread sktToStd = new Thread(new SocketToStdout(skt));
                Thread stdToSkt = new Thread(new StdInToSocket(skt));
                
                sktToStd.start();
                stdToSkt.start();
                
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } 
        catch(UnknownHostException e) { 
            System.out.println(e.toString()); 
        } 

    }
}

下面的執行結果是連接至FTP站台的測試，可以輸入簡單的ASCII指令跟FTP站台互動（使用FTP協定指令）：
java onlyfun.caterpillar.ConnectDemo ftp.isu.edu.tw 21
220-歡迎光臨義守大學檔案伺服器
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220-/pub/Solaris/    Solaris 作業系統
220-/pub/Yesterday/  昨日小築完整 mirror (收集大量 Windows 相關軟體)
220-*******************************************************************************
220-
220-另外，歡迎使用者多多利用 HTTP 的方式登入，一來有較佳的
220-傳輸效能，介面功能也較為完善，您還可以利用檔案搜尋引擎
220-快速找到您所需求的檔案，網址如下：
220-
220-http://ftp.isu.edu.tw
220
QUIT
221 Goodbye.