Rheinwerk Computing < openbook > Rheinwerk Computing - Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.
Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Neues in Java 7
2 Threads und nebenläufige Programmierung
3 Datenstrukturen und Algorithmen
4 Raum und Zeit
5 Dateien, Verzeichnisse und Dateizugriffe
6 Datenströme
7 Die eXtensible Markup Language (XML)
8 Dateiformate
9 Grafische Oberflächen mit Swing
10 Grafikprogrammierung
11 Netzwerkprogrammierung
12 Verteilte Programmierung mit RMI
13 RESTful und SOAP Web-Services
14 JavaServer Pages und Servlets
15 Applets
16 Datenbankmanagement mit JDBC
17 Technologien für die Infrastruktur
18 Reflection und Annotationen
19 Dynamische Übersetzung und Skriptsprachen
20 Logging und Monitoring
21 Java Native Interface (JNI)
22 Sicherheitskonzepte
23 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
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Java 7 - Mehr als eine Insel von Christian Ullenboom
Das Handbuch zu den Java SE-Bibliotheken
Buch: Java 7 - Mehr als eine Insel

Java 7 - Mehr als eine Insel
Rheinwerk Computing
1433 S., 2012, geb.
49,90 Euro, ISBN 978-3-8362-1507-7
Pfeil 11 Netzwerkprogrammierung
Pfeil 11.1 Grundlegende Begriffe
Pfeil 11.2 URI und URL
Pfeil 11.2.1 Die Klasse URI
Pfeil 11.2.2 Die Klasse URL
Pfeil 11.2.3 Informationen über eine URL *
Pfeil 11.2.4 Der Zugriff auf die Daten über die Klasse URL
Pfeil 11.3 Die Klasse URLConnection *
Pfeil 11.3.1 Methoden und Anwendung von URLConnection
Pfeil 11.3.2 Protokoll- und Content-Handler
Pfeil 11.3.3 Im Detail: vom URL zur URLConnection
Pfeil 11.3.4 Der Protokoll-Handler für Jar-Dateien
Pfeil 11.3.5 Basic Authentication und Proxy-Authentifizierung
Pfeil 11.4 Mit GET und POST Daten übergeben *
Pfeil 11.4.1 Kodieren der Parameter für Serverprogramme
Pfeil 11.4.2 Eine Suchmaschine mit GET-Request ansprechen
Pfeil 11.4.3 POST-Request absenden
Pfeil 11.5 Host- und IP-Adressen
Pfeil 11.5.1 Lebt der Rechner?
Pfeil 11.5.2 IP-Adresse des lokalen Hosts
Pfeil 11.5.3 Das Netz ist klasse
Pfeil 11.5.4 NetworkInterface
Pfeil 11.6 Mit dem Socket zum Server
Pfeil 11.6.1 Das Netzwerk ist der Computer
Pfeil 11.6.2 Sockets
Pfeil 11.6.3 Eine Verbindung zum Server aufbauen
Pfeil 11.6.4 Server unter Spannung: die Ströme
Pfeil 11.6.5 Die Verbindung wieder abbauen
Pfeil 11.6.6 Informationen über den Socket *
Pfeil 11.6.7 Reine Verbindungsdaten über SocketAddress *
Pfeil 11.7 Client-Server-Kommunikation
Pfeil 11.7.1 Warten auf Verbindungen
Pfeil 11.7.2 Ein Multiplikationsserver
Pfeil 11.7.3 Blockierendes Lesen
Pfeil 11.7.4 Von außen erreichbar sein *
Pfeil 11.8 Apache HttpComponents und Commons Net *
Pfeil 11.8.1 HttpComponents
Pfeil 11.8.2 Apache Commons Net
Pfeil 11.9 Arbeitsweise eines Webservers *
Pfeil 11.9.1 Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
Pfeil 11.9.2 Anfragen an den Server
Pfeil 11.9.3 Die Antworten vom Server
Pfeil 11.9.4 Webserver mit com.sun.net.httpserver.HttpServer
Pfeil 11.10 Verbindungen durch einen Proxy-Server *
Pfeil 11.10.1 System-Properties
Pfeil 11.10.2 Verbindungen durch die Proxy-API
Pfeil 11.11 Datagram-Sockets *
Pfeil 11.11.1 Die Klasse DatagramSocket
Pfeil 11.11.2 Datagramme und die Klasse DatagramPacket
Pfeil 11.11.3 Auf ein hereinkommendes Paket warten
Pfeil 11.11.4 Ein Paket zum Senden vorbereiten
Pfeil 11.11.5 Methoden der Klasse DatagramPacket
Pfeil 11.11.6 Das Paket senden
Pfeil 11.12 E-Mail *
Pfeil 11.12.1 Wie eine E-Mail um die Welt geht
Pfeil 11.12.2 Das Simple Mail Transfer Protocol und RFC 822
Pfeil 11.12.3 POP (Post Office Protocol)
Pfeil 11.12.4 Die JavaMail API
Pfeil 11.12.5 E-Mails mittels POP3 abrufen
Pfeil 11.12.6 Multipart-Nachrichten verarbeiten
Pfeil 11.12.7 E-Mails versenden
Pfeil 11.12.8 Ereignisse und Suchen
Pfeil 11.13 Tiefer liegende Netzwerkeigenschaften *
Pfeil 11.13.1 Internet Control Message Protocol (ICMP)
Pfeil 11.13.2 MAC-Adresse
Pfeil 11.14 Zum Weiterlesen

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11.7 Client-Server-KommunikationZur nächsten Überschrift

Bevor wir weitere Dienste untersuchen, wollen wir einen kleinen Server programmieren. Server horchen an ihrem zugewiesenen Port auf Anfragen und Eingaben. Ein Server wird durch die Klasse ServerSocket repräsentiert. Der Konstruktor bekommt einfach die Port-Nummer, zu der sich Clients verbinden können, als Argument übergeben.

Beispiel

Wir richten einen Server ein, der am Port 1234 horcht:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket( 1234 );

Natürlich müssen wir unserem Client eine noch nicht zugewiesene Port-Adresse zuteilen, andernfalls ist uns eine IOException sicher. Damit der eigene Java-Server nicht mit einem anderen Server in Konflikt gerät, sollten wir einen Blick auf die aktuell laufenden Dienste werfen. Unter Windows listet auf der Kommandozeile netstat -a die laufenden Serverdienste und die belegten Ports auf. Bei Unix-Systemen können nur Root-Besitzer Ports unter 1024 nutzen. Unter Windows ist das egal. Läuft ein Server unendlich, so muss darauf geachtet werden, eine alte Instanz erst zu beenden, damit er neu gestartet werden kann.

Abbildung

Abbildung 11.9: UML-Diagramm für ServerSocket


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11.7.1 Warten auf VerbindungenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Nachdem der Socket eingerichtet ist, kann er auf hereinkommende Meldungen reagieren. Mit der blockierenden Methode accept() der ServerSocket-Klasse nehmen wir genau eine wartende Verbindung an:

Socket client = serverSocket.accept();

Nun können wir mit dem zurückgegebenen Client-Socket genauso verfahren wie mit dem schon programmierten Client. Das heißt: Wir öffnen Ein- und Ausgabekanäle und kommunizieren. In der Regel wird ein Thread den Client-Socket annehmen, damit der Server schnell wieder verfügbar ist und neue Verbindungen annehmen und verarbeiten kann.

Wichtig bleibt zu bemerken, dass die Konversation nicht über den Server-Socket selbst läuft. Dieser ist immer noch aktiv und horcht auf eingehende Anfragen. Die accept()-Methode sitzt daher oft in einer Endlosschleife und erzeugt für jeden Hörer einen Thread. Die Schritte, die also jeder Server vollzieht, sind folgende:

  1. einen Server-Socket erzeugen, der horcht
  2. mit der accept()-Methode auf neue Verbindungen warten
  3. Ein- und Ausgabestrom vom zurückgegebenen Socket erzeugen
  4. mit einem definierten Protokoll die Konversation unterhalten
  5. Stream von Client und Socket schließen
  6. bei Schritt 2 weitermachen oder Server-Socket schließen

Der Server wartet auch nicht ewig

Soll der Server nur eine gewisse Zeit auf einkommende Nachrichten warten, so lässt sich ein Timeout einstellen. Dazu ist der Methode setSoTimeout() die Anzahl der Millisekunden zu übergeben. Nimmt der Server dann keine Fragen entgegen, bricht die Verarbeitung mit einer InterruptedIOException ab. Diese Exception gilt für alle Ein- und Ausgabe-Operationen und ist daher auch eine Ausnahme, die nicht im Net-Paket, sondern im IO-Paket deklariert ist.

Beispiel

Der Server soll höchstens eine Minute lang auf eingehende Verbindungen warten:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket( port );
serverSocket.setSoTimeout( 60000 );
// Timeout nach 1 Minute
try
{
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
// ...
}
catch ( InterruptedIOException e )
{
System.err.println( "Timeout nach einer Minute!" );
}


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11.7.2 Ein MultiplikationsserverZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Der erste Server, den wir programmieren wollen, soll zwei Zahlen multiplizieren. Nach dem Aufbau eines ServerSocket-Objekts soll der Server mit accept() auf einen interessierten Client warten. Nach der akzeptierten Verbindung soll handleConnection() das Protokoll und die Logik übernehmen: Im Eingabestrom werden zwei Zahlen in der String-Repräsentation erwartet, die multipliziert zurückzuschreiben sind:

Listing 11.13: com/tutego/insel/net/MulServer.java

package com.tutego.insel.net;

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

public class MulServer
{
private static void handleConnection( Socket client ) throws IOException
{
Scanner in = new Scanner( client.getInputStream() );
PrintWriter out = new PrintWriter( client.getOutputStream(), true );

String factor1 = in.nextLine();
String factor2 = in.nextLine();

out.println( new BigInteger(factor1).multiply( new BigInteger(factor2) ) );
}

public static void main( String[] args ) throws IOException
{
ServerSocket server = new ServerSocket( 3141 );

while ( true )
{
Socket client = null;

try
{
client = server.accept();
handleConnection ( client );
}
catch ( IOException e ) {
e.printStackTrace();
}
finally {
if ( client != null )
try { client.close(); } catch ( IOException e ) { }
}
}
}
}

Kommt es zu einem Verbindungsaufbau, erfragt der Server die Kommunikationsströme, um mit dem Client Daten auszutauschen. Diese einfachen byte-orientierten InputStream- und OutputStream-Ströme erweitern wir zum Scanner und PrintWriter, sodass wir Zeichenketten statt roher Bytes lesen und schreiben können. Im Eingabestrom werden dann zwei Zeichenfolgen erwartet; die blockierende nextLine()-Methode übernimmt diese Aufgabe. Kommen die Bytes der Zeichenkette nicht an, wartet der Server ewig auf seine Daten und ist unterdessen blockiert, da er in dieser Implementierung nur einen Client bedient. Bekommt er jedoch die beiden Zeichenfolgen, konvertiert er sie zu einem BigInteger, führt eine Multiplikation durch und sendet das Ergebnis als String zurück. Nach dem Senden ist das Protokoll beendet, und die Verbindung zum Client kann unterbrochen werden. Durch die Endlosschleife ist der Server bereit für neue Anfragen.

Hinweis

Werden Ströme eingesetzt, die in irgendeiner Weise puffern, wie PrintWriter, BufferedWriter oder BufferedOutputStream, müssen wir uns bewusst sein, dass die Informationen im Puffer mitunter zwischengespeichert und insofern nicht direkt zum anderen Rechner übertragen werden. In einem Frage-Antwort-Szenario muss der Server oder Client die Anfrage direkt übertragen, und die Nachricht darf nicht im Puffer verweilen. Zu passenden Zeitpunkten müssen die flush()-Methoden der Puffer-Klassen die intern gespeicherten Daten verschicken, damit die Kommunikation weitergeht. Wird im Konstruktor von PrintWriter ein true übergeben, horcht die Klasse auf eine Newline im String und führt automatisch ein flush() durch.

Auf der anderen Seite steht der Client, der aktiv eine Verbindung zum Server aufbaut. Er nutzt ein mit Internet-Adresse und Port initialisiertes Socket-Objekt, um den ein- und ausgehenden Datenstrom zu erfragen und zwei Zeichenfolgen zu übertragen. Der Client wartet auf das Ergebnis und gibt es auf dem Bildschirm aus. Nach der Kommunikation wird die Verbindung geschlossen, um die nötigen Ressourcen wieder freizugeben:

Listing 11.14: com/tutego/insel/net/MulClient.java

package com.tutego.insel.net;

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

class MulClient
{
public static void main( String[] args )
{
Socket server = null;
try
{
server = new Socket( "localhost", 3141 );
Scanner in = new Scanner( server.getInputStream() );
PrintWriter out = new PrintWriter( server.getOutputStream(), true );

out.println( "2" );
out.println( "4" );
System.out.println( in.nextLine() );

server = new Socket( "localhost", 3141 );
in = new Scanner( server.getInputStream() );
out = new PrintWriter( server.getOutputStream(), true );

out.println( "23895737895" );
out.println( "434589358935857" );
System.out.println( in.nextLine() );
}
catch ( UnknownHostException e ) {
e.printStackTrace();
}
catch ( IOException e ) {
e.printStackTrace();
}
finally {
if ( server != null )
try { server.close(); } catch ( IOException e ) { }
}
}
}

Erweiterung durch Multithreading

Ein anderer Punkt ist die Tatsache, dass Server im Allgemeinen multithreaded ausgelegt sind, damit sie mehrere Anfragen gleichzeitig ausführen können. Der Server erzeugt nicht pro Anfrage einen Thread – dies ist relativ teuer –, sondern nimmt die Threads aus einem Thread-Pool. Mit der Thread-Pool-Klasse aus der Java-Bibliothek lässt sich die Aufgabe vorzüglich bewältigen.


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11.7.3 Blockierendes LesenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Eine Eigenschaft ist bei der Server-Programmierung zu beachten: Erwartet der Client aus dem InputStream Daten, schickt der Server aber keine, dann blockiert die Methode. Aus dieser Sackgasse gibt es zwei Auswege: das einfache Schließen des Sockets mit close() und der völlig unterschiedliche Ansatz mit NIO. Wenn der Socket geschlossen wird, werden alle Datenstrom-Operationen abgebrochen, und eine IOException wird ausgelöst.

Damit ist ein gutes Mittel gefunden, um wenigstens blockierte Socket-Verbindungen wieder zu befreien. Dies soll auch das nächste Beispiel demonstrieren. Zuerst wird ein nutzloser ServerSocket aufgebaut, der weder etwas annimmt noch etwas schickt. Der Client verbindet sich zum Server und versucht zu lesen. Da aber vom Server kein Zeichen gesendet wird, hängt read() und wartet auf ein Byte. All das läuft in einem Thread ab. Nach dem Start wird zwei Sekunden später der Socket geschlossen, was zum Abbruch von read() und in den Anweisungsblock der Exception-Behandlung führt:

Listing 11.15: com/tutego/insel/net/CloseConnection.java

package com.tutego.insel.net;

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

public class CloseConnection
{
public static void main( String[] args ) throws Exception
{
new ServerSocket( 12345 ); // Server anmelden

final Socket t = new Socket( "localhost", 12345 );

new Thread( new Runnable()
{
@Override public void run()
{
try
{
System.out.println( "Gleich hängt er!" );
System.out.println( t.getInputStream().read() );
System.out.println( "Hier hängt er!" );
}
catch ( IOException e )
{
System.out.println( "Blockierung gelöst" );
}
}
} ).start();

Thread.sleep( 2000 );

t.close(); // Blockierung auflösen
}
}

Die Ausgabe ist:

Gleich hängt er!
Blockierung gelöst

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11.7.4 Von außen erreichbar sein *Zur vorigen Überschrift

Ein Server lässt sich nur auf dem eigenen Rechner starten. Ist der Rechner vom Internet aus erreichbar, können externe Rechner auf ihn zugreifen. Anders sieht es aus, wenn der Rechner eine Internet-Adresse hat, die von außen nicht sichtbar ist, weil er zum Beispiel über einen Router ins Internet geht. Dann vergibt dieser Router eine eigene Adresse – die oft mit 192.168 oder 10 beginnt – und setzt sie per NAT um, sodass unsere private Adresse außen verborgen bleibt. Die Frage ist nun, ob wir trotzdem einen Serverdienst anbieten können.

Diese Möglichkeit gibt es tatsächlich, wenn einige Randbedingungen gegeben sind: Zunächst muss unsere interne IP-Adresse relativ stabil sein – und unsere äußere IP-Adresse vom Router ins Internet ebenso. Dann muss auf dem Router eine Einstellung vorgenommen werden, damit wir auf bestimmten Ports von außen angesprochen werden können. Diese Einstellung sieht bei jedem Router anders aus, und in größeren Unternehmen wird der Sicherheitsverantwortliche dies nicht akzeptieren. Nach der entsprechenden Einstellung benötigen wir eine globale Adresse, die wir weitergeben können. Dies wird keine IP-Adresse sein, sondern ein Name, der über DNS aufgelöst wird. Das ist schon der Trick, weil der konstante Name mit immer unterschiedlichen IP-Adressen verbunden werden kann, was sich daran zeigt, dass wir zum Beispiel mit einem Einwahl-Router immer unterschiedliche IP-Adressen bekommen. Daher heißt diese Technik auch dynamisches DNS. Eine feste URL gibt es bei unterschiedlichen Anbietern oft auch unentgeltlich, zum Beispiel bei http://www.dyndns.com/. Nach dieser Anmeldung lässt sich ein Subname registrieren, sodass etwa unter meinserver. dyndns.com die IP-Adresse des Einwahl-Routers steht. Dieser leitet nach der entsprechenden Einstellung eine Anfrage an unseren Rechner mit unserem Java-Server weiter.



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