java网络编程与多线程

一、Java 网络编程

网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。

java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口，它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口，来专注于解决问题，而不用关注通信细节。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

• TCP：TCP 是传输控制协议的缩写，它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。

• UDP：UDP 是用户数据报协议的缩写，一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

本教程主要讲解以下两个主题。

• Socket 编程：这是使用最广泛的网络概念，它已被解释地非常详细。

Socket 编程

套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。

当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。

java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

• 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。

• 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。

• 服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。

• Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。

• 在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，每一个socket都有一个输出流和一个输入流，客户端的输出流连接到服务器端的输入流，而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。

TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。

ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

通常最简单的就是用这个方法创建：

public ServerSocket(int port) throws IOException
创建绑定到特定端口的服务器套接字。

 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常，就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口，并且侦听客户端请求。

这里有一些 ServerSocket 类的常用方法：

Socket 类的方法

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ，而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

Socket 类有五个构造方法.

附两个实例：

Server：

 1 package 菜鸟教程.网络编程;
 2 
 3 import java.net.*;
 4 import java.io.*;
 5 
 6 public class GreetingServer extends Thread
 7 {
 8     private ServerSocket serverSocket;
 9 
10     public GreetingServer(int port) throws IOException
11     {
12         serverSocket = new ServerSocket(port);
13         serverSocket.setSoTimeout(10000);
14     }
15 
16     public void run()
17     {
18         while(true)
19         {
20             try
21             {
22                 System.out.println("等待远程连接，端口号为：" + serverSocket.getLocalPort() + "...");
23                 Socket server = serverSocket.accept();
24 
25                 System.out.println("远程主机地址：" + server.getRemoteSocketAddress());
26 
27                 DataInputStream in = new DataInputStream(server.getInputStream());
28 
29                 System.out.println(in.readUTF());
30 
31                 DataOutputStream out = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
32                 out.writeUTF("谢谢连接我：" + server.getLocalSocketAddress() + "\nGoodbye!");
33 
34                 server.close();
35             }catch(SocketTimeoutException s)
36             {
37                 System.out.println("Socket timed out!");
38                 break;
39             }catch(IOException e)
40             {
41                 e.printStackTrace();
42                 break;
43             }
44         }
45     }
46 
47 
48 
49     public static void main(String [] args)
50     {
51         int port = 8081;
52         try
53         {
54             Thread t = new GreetingServer(port);
55             t.run();
56 
57         }catch(IOException e)
58         {
59             e.printStackTrace();
60         }
61     }
62 }

Client：

 1 package 菜鸟教程.网络编程;
 2 
 3 import java.net.*;
 4 import java.io.*;
 5 
 6 public class GreetingClient
 7 {
 8     public static void main(String [] args)
 9     {
10         String serverName = "localhost";
11         int port = Integer.parseInt("8081");
12         try
13         {
14             System.out.println("连接到主机：" + serverName + " ，端口号：" + port);
15             Socket client = new Socket(serverName, port);
16             System.out.println("远程主机地址：" + client.getRemoteSocketAddress());
17 
18             OutputStream outToServer = client.getOutputStream();
19             DataOutputStream out = new DataOutputStream(outToServer);
20 
21             out.writeUTF("Hello from " + client.getLocalSocketAddress());
22             InputStream inFromServer = client.getInputStream();
23             DataInputStream in = new DataInputStream(inFromServer);
24 
25             System.out.println("服务器响应： " + in.readUTF());
26             client.close();
27         }catch(IOException e)
28         {
29             e.printStackTrace();
30         }
31     }
32 }

二、多线程

Java 给多线程编程提供了内置的支持。 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

多线程是多任务的一种特别的形式，但多线程使用了更小的资源开销。

这里定义和线程相关的另一个术语 - 进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。

多线程能满足程序员编写高效率的程序来达到充分利用 CPU 的目的。

一个线程的生命周期

线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。

下图显示了一个线程完整的生命周期。

线程的优先级

每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。

Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。

默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY（5）。

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

创建一个线程

Java 提供了三种创建线程的方法：

• 通过实现 Runnable 接口；
• 通过继承 Thread 类本身；
• 通过 Callable 和 Future 创建线程。

（1）实现Runnable

 1 package com.thread;
 2  
 3  
 4  
 5 class RunnableDemo implements Runnable {
 6     
 7        private Thread t;
 8        private String threadName;
 9        
10        RunnableDemo( String name) {
11           threadName = name;
12           System.out.println("Creating " +  threadName );
13        }
14        
15        public void run() {
16           System.out.println("Running " +  threadName );
17           try {
18              for(int i = 4; i > 0; i--) {
19                 System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
20                 // 让线程睡眠一会
21                 Thread.sleep(50);
22              }
23           }catch (InterruptedException e) {
24              System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");
25           }
26           System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
27        }
28        
29        
30        public void start () {
31           System.out.println("Starting " +  threadName );
32           if (t == null) {
33              t = new Thread (this, threadName);
34              t.start ();
35           }
36        }
37  
38        public static void main(String args[]) {
39           RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");
40           R1.start();
41           
42           RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");
43           R2.start();
44         }
45     }

（2）集成Thread，本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。

 1 package com.thread;
 2  
 3 class ThreadDemo extends Thread {
 4        private Thread t;
 5        private String threadName;
 6        
 7        ThreadDemo( String name) {
 8           threadName = name;
 9           System.out.println("Creating " +  threadName );
10        }
11        
12        public void run() {
13           System.out.println("Running " +  threadName );
14           try {
15              for(int i = 4; i > 0; i--) {
16                 System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
17                 // 让线程睡眠一会
18                 Thread.sleep(50);
19              }
20           }catch (InterruptedException e) {
21              System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");
22           }
23           System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
24        }
25        
26        public void start () {
27           System.out.println("Starting " +  threadName );
28           if (t == null) {
29              t = new Thread (this, threadName);
30              t.start ();
31           }
32        }
33  
34      
35        public static void main(String args[]) {
36           ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1");
37           T1.start();
38           T1.run();
39           
40           ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2");
41           T2.start();
42        }   
43     }

（3）通过callable和future进行创建

创建线程的三种方式的对比

• 1. 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。

• 2. 使用继承 Thread 类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用 Thread.currentThread() 方法，直接使用 this 即可获得当前线程。

线程的几个主要概念

在多线程编程时，你需要了解以下几个概念：

• 线程同步
• 线程间通信
• 线程死锁
• 线程控制：挂起、停止和恢复

多线程的使用

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。

请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！