Java - ソケットによるネットワーク通信

■ページ目次

TCPにおけるソケット通信
例題
商品管理システム
実習

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■ソケット

ソケットは、複数のプログラム間で通信するときのデータの出入り口です。
プログラムがネットワークを介して通信する場合、Java ではストリーム･モデルを使用します。

■ソケットの種類

ソケットには、つぎの 2 種類があります。

ソケット説明
ストリーム･ソケット TCP プロトコル
データグラム･ソケット UDP プロトコル

ソケット	説明
ストリーム･ソケット	TCP プロトコル
データグラム･ソケット	UDP プロトコル

■クライアント / サーバー

クライアント / サーバーは、ネットワーク上で実行されるアプリケーションの代表的な考え方です。

役割説明
クライアント
サーバー

役割	説明
クライアント
サーバー

■接続

ネットワーク接続する場合、つぎの 2 つの情報が必要です。
- 接続相手ホストのホスト名または IP アドレス
- 接続相手プログラムが使用しているポート番号

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■ストリーム・ソケット(TCP)を使用するケット通信

つぎの手順にしたがいます。

サーバー側

1. サーバー用ソケットの作成	ServerSocket serverSock = new ServerSocket(ポート番号);
2. クライアントからの接続要求受付	Socket sock = serverSock.accept();
3. ストリームの獲得	InputStream is = sock.getInputSream(); または OutputStream os = sock.getOutputSream();
4. 入出力
5. ソケットのクローズ	sock.close();

クライアント側

1. クライアント用ソケットの作成およびサーバーへの接続	Socket sock = new Socket(サーバーのIP アドレス，サーバーのポート番号);
2. ストリームの獲得	InputStream is = sock.getInputSream(); または OutputStream os = sock.getOutputSream();
3. 入出力
4. ソケットのクローズ	sock.close();

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■ServerSocket クラスとSocket クラス

■ソケットの獲得

ServerSocket クラス
- ServerSocket(int port)
- Socket accept()
- void close()
Socket クラス
- Socket(InetAddress address, int port)
- Socket(String host, int port)
- void close()
- InetAddress getInetAddress()
- int getPort()

■入出力ストリームの獲得

Socket クラス
- InputStream getInputStream()
- OutputStream getOutputStream()

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■例題

クライアント "SocketClient01.java" からの要求により、サーバー "SocketServer01.java"が日時を返します。
サーバーのコマンドライン引数は、ポート番号、
クライアントのコマンドライン引数は、ホスト名(IPアドレス)、ポート番号　です。

□サーバー　 "SocketServer01.java"


 import java.io.*;
 import java.net.*;
 import java.util.*;
 public class SocketServer01 {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             int port = Integer.parseInt(args[0]);
             ServerSocket ss = new ServerSocket(port);
             System.out.println("Running...");
             while (true) {
                 Date date = new Date();
                 Socket s = ss.accept();
                 System.out.println(s + " was accepted at " + date);
                 DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream());
                 dos.writeUTF(date.toString());
                 dos.close();
                 s.close();
             }
         } catch (Exception e) {
             System.out.println("Exception: " + e);
         }
     }
 }

□ 実行結果

$ java SocketServer01 12345
Running...
Socket[addr=/127.0.0.1,port=4581,localport=12345] was accepted at Tue Jun 29 10:15:17 JST 2004

□クライアント　 "SocketClient01.java"


 import java.io.*;
 import java.net.*;
 public class SocketClient01 {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             String server = args[0];
             int port = Integer.parseInt(args[1]);
             Socket s = new Socket(server, port);
             DataInputStream dis = new DataInputStream(s.getInputStream());
             System.out.println("Message from server: " + dis.readUTF());
             dis.close();
             s.close();
         } catch (Exception e) {
             System.out.println("Exception: " + e);
         }
     }
 }

□ 実行結果

$ java SocketClient01 localhost 12345
Message from server: Tue Jun 29 10:15:23 JST 2004

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■実習

例題のサーバー"SocketServer01.java"を改良して、要求された数(訪問者数)をクライアントに戻すサーバー"SocketServer02.java"にしてください。
クライアントの変更はありません。
□サーバー　 "SocketServer02.java"
□ 実行結果
```
$ java SocketServer02 12345
Running...
Socket[addr=/127.0.0.1,port=4581,localport=12345] was accepted at Tue Jun 29 10:15:17 JST 2004
```
□クライアント　
"SocketClient01.java"
□ 実行結果
```
$ java SocketClient01 localhost 12345
Message from server: Tue Jun 29 10:15:23 JST 2004
```
上記サーバー"SocketServer02.java"を改良して、サーバーがシャットダウンした場合でも、継続して、要求された数(訪問者数)をクライアントに戻すサーバー"SocketServer03.java"にしてください。
これには、訪問者数をテキスト形式のファイルに保存することで実現します。
クライアントの変更はありません。
□サーバー　 "SocketServer03.java"
□ 実行結果
```
$ java SocketServer02 12345
Running...
Socket[addr=/127.0.0.1,port=4581,localport=12345] was accepted at Tue Jun 29 10:15:17 JST 2004
```
□クライアント　
"SocketClient01.java"
□ 実行結果
```
$ java SocketClient01 localhost 12345
Message from server: Tue Jun 29 10:15:23 JST 2004
```

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■商品管理システム

いままでのTestProductをクライアントとし、Product関連をサーバーとして、クライアント・サーバー型のアプリケーションを作成します。通信はTCPを使います。

□クライアント　 "TestProduct.java"


 // 1603
 // package application;
 import java.io.*;
 import java.net.*;
 
 // 商品クラスをテストするクラスです。
 public class TestProduct {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         final int SERVER_PORT = 54321;
         final String serverName = args[0];
         Socket sock = null;
 
         BufferedReader br = null;
         try {
             br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
             String str = null;
             while ((str = br.readLine()) != null && !str.toUpperCase().equals("X")) {
                 // クライアントと対話処理するストリーム、ソケットを生成
                 sock = new Socket(serverName, SERVER_PORT);
                 DataInputStream dis = 
                     new DataInputStream(sock.getInputStream());
                 DataOutputStream dos = 
                     new DataOutputStream(sock.getOutputStream());
 
                 dos.writeUTF(str);
                 System.out.println("商品コード " + str + " の商品は " + dis.readUTF() + " です。");
 
                 // ストリーム、ソケットをクローズ
                 dos.close();
                 dis.close();
                 sock.close();
             }
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         } finally {
             try {
                 br.close();
                 sock.close();
             } catch (IOException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
 }

実行結果(クライアント)

$ java TestProduct localhost
A001
商品コード A001 の商品は [A001, パソコン, 188000] です。
B001
商品コード B001 の商品は [Not Found] です。
C001
商品コード C001 の商品は [C001, DVD-ROM, 9200] です。

□サーバー　 "ProductServer.java"


 // 1603
 // package server;
 // import product.*;
 import java.util.*;
 import java.net.*;
 import java.io.*;
 
 // 商品サーバーです。
 public class ProductServer {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         final int SERVER_PORT = 54321;
         TreeMap p = new TreeMap();
 
         SetProduct s = new SetProduct("SA01", "パソコン・セット", 10, p);
         System.out.println("セット商品のインスタンスを生成しました。 s = " + s);
         System.out.println();
 
         AdminProduct ap = new AdminProduct();
 
         ap.read(s, args[0]);
         System.out.println("セット商品のデータを設定しました。 s = " + s);
 
         // サーバ用ソケットの作成
         ServerSocket serversock = new ServerSocket(SERVER_PORT);
         // 非同期制御データ・オブジェクトの作成
         while (true) {
             // クライアントからの接続要求待ち
             Socket sock = serversock.accept();
             System.out.println("socket = " + sock);
 
             // クライアントと対話処理するストリーム、ソケットを生成
             DataInputStream dis = 
                 new DataInputStream(sock.getInputStream());
             DataOutputStream dos = 
                 new DataOutputStream(sock.getOutputStream());
 
             String code = dis.readUTF();
             String result = s.query(code);
             System.out.println("  [" + code + " = " + result + "]");
             dos.writeUTF(result);
 
             // ストリーム、ソケットをクローズ
             dos.close();
             dis.close();
             sock.close();
         }
     }
 }

実行結果(サーバー)

$ java ProductServer products.txt
セット商品のインスタンスを生成しました。 s = [SA01, パソコン・セット, 10, 0]

セット商品のデータを設定しました。 s = [SA01, パソコン・セット, 10, 207360]
socket = Socket[addr=/127.0.0.1,port=4104,localport=54321]
  [A001 = [A001, パソコン, 188000]]
socket = Socket[addr=/127.0.0.1,port=4105,localport=54321]
  [B001 = [Not Found]]
socket = Socket[addr=/127.0.0.1,port=4106,localport=54321]
  [C001 = [C001, DVD-ROM, 9200]]

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■データグラム・ソケット(UDP)を使用するケット通信

つぎの手順にしたがいます。

受信側(サーバー)

1. データグラム・ソケットの作成	DatagramSocket ds = new DatagramSocket(ポート番号);
2. データの受信	ds.receive(DatagramPacket オブジェクト) ;
3. データの送信	ds.send(DatagramPacket オブジェクト) ;
4. ソケットのクローズ	ds.close();

送信側(クライアント)

1. データグラム・ソケットの作成	DatagramSocket ds = new DatagramSocket(ポート番号);
2. データの送信	ds.send(DatagramPacket オブジェクト) ;
3. データの受信	ds.receive(DatagramPacket オブジェクト) ;
4. ソケットのクローズ	ds.close();

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■DatagramSocket クラス

UDP プロトコルで通信を行うときは、サーバー用ソケット、クライアント用ソケットの区別はありません。
このクラスは、データグラムパケットを送受信するためのソケットを表します。
データグラムソケットは、パケット配信サービスの送信点または受信点です。データグラムソケット上で送信または受信する各パケットは、それぞれ異なるアドレスで経路を指定されます。あるマシンから別のマシンに複数のパケットを送信する場合、各パケットは異なる経路で送信される可能性があり、宛先には任意の順序で到達する可能性があります。
おもなコンストラクター
- DatagramSocket(int port) throws SocketException
おもなメソッド
- void close()
- void receive(DatagramPacket p)
- void send(DatagramPacket p)

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■DatagramPacket クラス

このクラスは　send() メソッド、receive() メソッドで使用する送受信データのためのクラスです。
このクラスはデータグラムパケットを表します。
データグラムパケットは、無接続パケット配布サービスを実装する際に使用します。各メッセージは、パケット内に含まれている情報だけを基に、あるマシンから別のマシンへ送信されます。あるマシンから別のマシンに複数のパケットを送信する場合、各パケットは異なる経路で送信される可能性があり、宛先には無作為の順序で到達する可能性があります。パケット配信は保証されません。
受信時に使用するおもなコンストラクター
- DatagramPacket(byte[] buf, int length) ...
送信時に使用するおもなコンストラクター
- DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
おもなメソッド
- InetAddress getAddress()
- byte[] getData()
- int getLength()
- int getPort()

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■InetAddress クラス

IP (Internet Protocol) アドレスを表すクラスです。
おもなメソッド
- static InetAddress getByName(String host) throws UnknownHostException
- String getHostName()
- static InetAddress getLocalHost() throws UnknownHostException

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■例題

送信側アプリケーション "UdpSend01.java"が送ったメッセージを、受信側アプリケーション "UdpReceive01.java" が受取り、表示します。
送信側のコマンドライン引数は、受信側のホスト名(IPアドレス)、メッセージ　です。

□受信側　 "UdpReceive01.java"


 import java.net.*;
 
 public class UdpReceive01 {
     //データの最大長
     private static int BUFFER_SIZE = 256;
     //ポート番号
     static int port = 10000;
 
     public static void main(String[] args) {
         try {
             //データグラム・ソケット・オブジェクト生成
             DatagramSocket ds = new DatagramSocket(port);
             byte[] data = new byte[BUFFER_SIZE];
 
             System.out.println("Waiting...");
 
             while (true) {
                 //データグラム・パケット・オブジェクト生成
                 DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, BUFFER_SIZE);
                 //データを受け取る
                 ds.receive(dp);
                 data = dp.getData();
                 //データ長の取得
                 int length = dp.getLength();
                 //Stringオブジェクトの生成
                 String str = new String(data, 0, length);
                 System.out.println(str);
             }
         } catch (Exception e) {
             System.err.println("Exception : " + e);
         }
     }
 }

□ 実行結果

$ java UdpReceive01
Waiting...
Hello

(*) CTRL+C で停止してください。

□送信側　 "UdpSend01.java"


 import java.net.*;
 
 public class UdpSend01 {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             //サーバーを取得する
             InetAddress host = InetAddress.getByName(args[0]);
             //ポート番号
             int port = 10000;
             //メッセージ
             String message = args[1];
             //データグラム・ソケット作成
             DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
             byte[] data = message.getBytes();
             //データグラム・パケット作成
             DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, host, port);
             ds.send(dp);
             System.out.println("Send done");
         } catch (Exception e) {
             System.err.println("Exception : " + e);
         }
     }
 }

□ 実行結果

$ java UdpSend01 localhost Hello
Send done

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■実習

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■通信時のエンコーディング指定

クライアント・サーバー間でデータを通信するにあたって、以下のようなことを考慮する必要があります。

送信側のコード・セットと受信側のコード・セット
通信プロトコルが 8 ビット・データを許可するか、7 ビット・データに限られるのか
プロトコルごとにある変換エンコーディングの型

Java のストリームでは、InputStreamReader クラスと、OutputStreamWriter クラスでしかエンコーディングできません。

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■例題

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■実習

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