Java网络编程从入门到精通（25）：创建ServerSocket对象

ServerSocket类的构造方法有四种重载形式，它们的定义如下：

public ServerSocket() throws IOException
public ServerSocket(int port) throws IOException
public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException

    在上面的构造方法中涉及到了三个参数：port、backlog和bindAddr。其中port是ServerSocket对象要绑定的端口，backlog是请求队列的长度，bindAddr是ServerSocket对象要绑定的IP地址。

一、通过构造方法绑定端口

通过构造方法绑定端口是创建ServerSocket对象最常用的方式。可以通过如下的构造方法来绑定端口：

public ServerSocket(int port) throws IOException

如果port参数所指定的端口已经被绑定，构造方法就会抛出IOException异常。但实际上抛出的异常是BindException。从图4.2的异常类继承关系图可以看出，所有和网络有关的异常都是IOException类的子类。因此，为了ServerSocket构造方法还可以抛出其他的异常，就使用了IOException。

如果port的值为0，系统就会随机选取一个端口号。但随机选取的端口意义不大，因为客户端在连接服务器时需要明确知道服务端程序的端口号。可以通过ServerSocket的toString方法输出和ServerSocket对象相关的信息。下面的代码输入了和ServerSocket对象相关的信息。

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1320);
System.out.println(serverSocket);

运行结果：

ServerSocket[addr=0.0.0.0/0.0.0.0,port=0,localport=1320]

上面的输出结果中的addr是服务端绑定的IP地址，如果未绑定IP地址，这个值是0.0.0.0，在这种情况下，ServerSocket对象将监听服务端所有网络接口的所有IP地址。port永远是0。localport是ServerSocket绑定的端口，如果port值为0（不是输出结果的port，是ServerSocket构造方法的参数port），localport是一个随机选取的端口号。

在操作系统中规定1 ~ 1023为系统使用的端口号。端口号的最小值是1，最大值是65535。在Windows中用户编写的程序可以绑定端口号小于1024的端口，但在Linux/Unix下必须使用root登录才可以绑定小于1024的端口。在前面的文章中曾使用Socket类来判断本机打开了哪些端口，其实使用ServerSocket类也可以达到同样的目的。基本原理是用ServerSocket来绑定本机的端口，如果绑定某个端口时抛出BindException异常，就说明这个端口已经打开，反之则这个端口未打开。

package server;

import .*;

public class ScanPort
{
    public static void main(String[] args)
    {
        if (args.length == 0)
            return;
        int minPort = 0, maxPort = 0;
        String ports[] = args[0].split("[-]");
        minPort = Integer.parseInt(ports[0]);
        maxPort = (ports.length > 1) ? Integer.parseInt(ports[1]) : minPort;
        for (int port = minPort; port <= maxPort; port++)
            try
            {
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
                serverSocket.close();
            }
            catch (Exception e)
            {
                System.err.println(e.getClass());
                System.err.println("端口" + port + "已经打开!");
            }
    }
}

在上面的代码中输出了创建ServerSocket对象时抛出的异常类的信息。ScanPort通过命令行参数将待扫描的端口号范围传入程序，参数格式为：minPort-maxPort，如果只输入一个端口号，ScanPort程序只扫描这个端口号。

         测试

java server.ScanPort 1-1023

    运行结果

class .BindException
端口80已经打开!
class .BindException
端口135已经打开!

二、设置请求队列的长度

在编写服务端程序时，一般会通过多线程来同时处理多个客户端请求。也就是说，使用一个线程来接收客户端请求，当接到一个请求后（得到一个Socket对象），会创建一个新线程，将这个客户端请求交给这个新线程处理。而那个接收客户端请求的线程则继续接收客户端请求，这个过程的实现代码如下：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1234);   // 绑定端口
// 处理其他任务的代码
while(true)
{
    Socket socket = serverSocket.accept(); // 等待接收客户端请求
    // 处理其他任务的代码
    new ThreadClass(socket).start();   // 创建并运行处理客户端请求的线程
}

上面代码中的ThreadClass类是Thread类的子类，这个类的构造方法有一个Socket类型的参数，可以通过构造方法将Socket对象传入ThreadClass对象，并在ThreadClass对象的run方法中处理客户端请求。这段代码从表面上看好象是天衣无缝，无论有多少客户端请求，只要服务器的配置足够高，就都可以处理。但仔细思考上面的代码，我们可能会发现一些问题。如果在第2行和第6行有足够复杂的代码，执行时间也比较长，这就意味着服务端程序无法及时响应客户端的请求。

假设第2行和第6行的代码是Thread.sleep(3000)，这将使程序延迟3秒。那么在这3秒内，程序不会执行accept方法，因此，这段程序只是将端口绑定到了1234上，并未开始接收客户端请求。如果在这时一个客户端向端口1234发来了一个请求，从理论上讲，客户端应该出现拒绝连接错误，但客户端却显示连接成功。究其原因，就是这节要讨论的请求队列在起作用。

在使用ServerSocket对象绑定一个端口后，操作系统就会为这个端口分配一个先进先出的队列（这个队列长度的默认值一般是50），这个队列用于保存未处理的客户端请求，因此叫请求队列。而ServerSocket类的accept方法负责从这个队列中读取未处理的客户端请求。如果请求队列为空，accept则处于阻塞状态。每当客户端向服务端发来一个请求，服务端会首先将这个客户端请求保存在请求队列中，然后accept再从请求队列中读取。这也可以很好地解释为什么上面的代码在还未执行到accept方法时，仍然可以接收一定数量的客户端请求。如果请求队列中的客户端请求数达到请求队列的最大容量时，服务端将无法再接收客户端请求。如果这时客户端再向服务端发请求，客户端将会抛出一个SocketException异常。

ServerSocket类有两个构造方法可以使用backlog参数重新设置请求队列的长度。在以下几种情况，仍然会采用操作系统限定的请求队列的最大长度：

•  backlog的值小于等于0。
• backlog的值大于操作系统限定的请求队列的最大长度。
• 在ServerSocket构造方法中未设置backlog参数。

下面积代码演示了请求队列的一些特性，请求队列长度通过命令行参数传入SetRequestQueue。

package server;

import .*;

class TestRequestQueue
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Socket socket = new Socket("localhost", 1234);
            socket.getOutputStream().write(1);
            System.out.println("已经成功创建第" + String.valueOf(i + 1) + "个客户端连接!");
        }
    }
}
public class SetRequestQueue
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        if (args.length == 0)
            return;
        int queueLength = Integer.parseInt(args[0]);
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1234, queueLength);
        System.out.println("端口(1234)已经绑定，请按回车键开始处理客户端请求！");
        System.in.read();
        int n = 0;
        while (true)
        {
            System.out.println("<准备接收第" + (++n) + "个客户端请求！");
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("正在处理第" + n + "个客户端请求");
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println("第" + n + "个客户端请求已经处理完毕!>");
        }
    }
}

   测试（按着以下步骤操作）
1. 执行如下命令（在执行这条命令后，先不要按回车键）：

java server.SetRequestQueue 2

   运行结果：

端口(1234)已经绑定，请按回车键开始处理客户端请求！
    2. 执行如下命令：  

java server.TestRequestQueue

运行结果：

已经成功创建第1个客户端连接!
已经成功创建第2个客户端连接!
Exception in thread "main" .SocketException: Connection reset by peer: socket write error
                       at .SocketOutputStream.socketWrite0(Native Method)
                       at .SocketOutputStream.socketWrite(SocketOutputStream.java:92)
                       at .SocketOutputStream.write(SocketOutputStream.java:115)
                       at server.TestRequestQueue.main(SetRequestQueue.java:12)

    3. 按回车键继续执行SetRequestQueue后，运行结果如下：

端口(1234)已经绑定，请按回车键开始处理客户端请求！
<准备接收第1个客户端请求！
正在处理第1个客户端请求
第1个客户端请求已经处理完毕!>
<准备接收第2个客户端请求！
正在处理第2个客户端请求
第2个客户端请求已经处理完毕!>
<准备接收第3个客户端请求！

    从第二步的运行结果可以看出，当TestRequestQueue创建两个Socket连接之后，服务端的请求队列已满，并且服务端暂时无法继续执行（由于System.in.read()的原因而暂停程序的执行，等待用户的输入）。因此，服务端程序无法再接收客户端请求。这时TestRequestQueue抛出了一个SocketException异常。在TestRequestQueue已经创建成功的两个Socket连接已经保存在服务端的请求队列中。在这时按任意键继续执行SetRequestQueue。accept方法就会从请求队列中将这两个客户端请求队列中依次读出来。从第三步的运行结果可以看出，服务端处理完这两个请求后（一个<…>包含的就是一个处理过程），请求队列为空，这时accept处理阻塞状态，等待接收第三个客户端请求。如果这时再运行TestRequestQueue，服务端会接收几个客户端请求呢？如果将请求队列的长度设为大于10的数，TestRequestQueue的运行结果会是什么呢？读者可以自己做一下这些实验，看看和自己认为的结果是否一致。

三、绑定IP地址

在有多个网络接口或多个IP地址的计算机上可以使用如下的构造方法将服务端绑定在某一个IP地址上：

public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException

bindAddr参数就是要绑定的IP地址。如果将服务端绑定到某一个IP地址上，就只有可以访问这个IP地址的客户端才能连接到服务器上。如一台机器上有两块网卡，一块网卡连接内网，另一块连接外网。如果用Java实现一个Email服务器，并且只想让内网的用户使用它。就可以使用这个构造方法将ServerSocket对象绑定到连接内网的IP地址上。这样外网就无法访问Email服务器了。可以使用如下代码来绑定IP地址：

ServerSocket serverSocket = new
ServerSocket(1234, 0, InetAddress.getByName("192.168.18.10"));

    上面的代码将IP地址绑定到了192.168.18.10上，因此，服务端程序只能使用绑定了这个IP地址的网络接口进行通讯。
四、默认构造方法的使用

    除了使用ServerSocket类的构造方法绑定端口外，还可以用ServerSocket的bind方法来完成构造方法所做的工作。要想使用bind方法，必须得用ServerSocket类的默认构造方法(没有参数的构造方法)来创建ServerSocket对象。bind方法有两个重载形式，它们的定义如下：

public void bind(SocketAddress endpoint) throws IOException
public void bind(SocketAddress endpoint, int backlog) throws IOException

     bind方法不仅可以绑定端口，也可以设置请求队列的长度以及绑定IP地址。bind方法的作用是为了在建立ServerSocket对象后设置ServerSocket类的一些选项。而这些选项必须在绑定端口之前设置，一但绑定了端口后，再设置这些选项将不再起作用。下面的代码演示了bind方法的使用及如何设置ServerSocket类的选项。

ServerSocket serverSocket1 = new ServerSocket();
serverSocket1.setReuseAddress(true);
serverSocket1.bind(new InetSocketAddress(1234));
ServerSocket serverSocket2 = new ServerSocket();
serverSocket2.setReuseAddress(true);
serverSocket2.bind(new InetSocketAddress("192.168.18.10", 1234));
ServerSocket serverSocket3 = new ServerSocket();
serverSocket3.setReuseAddress(true);
serverSocket3.bind(new InetSocketAddress("192.168.18.10", 1234), 30);       

在上面的代码中设置了SO_REUSEADDR 选项（这个选项将在后面的文章中详细讨论）。如果使用下面的代码，这个选项将不起作用。

ServerSocket serverSocket3 = new ServerSocket(1234);
serverSocket3.setReuseAddress(true);

在第6行绑定了IP地址和端口。使用构造方法是无法得到这个组合的（想绑定IP地址，必须得设置backlog参数），因此，bind方法比构造方法更灵活。