16.7 Mit dem Socket zum Server 
Die URL-Verbindungen sind schon Highlevel-Verbindungen, und wir müssen uns nicht erst um Übertragungsprotokolle wie HTTP oder – noch tiefer – TCP/IP kümmern. Aber alle höheren Verbindungen bauen auf Sockets auf, und auch die Verbindung zu einem Rechner über eine URL ist mit Sockets realisiert. Beschäftigen wir uns also nun etwas mit dem Hintergrund.
16.7.1 Das Netzwerk ist der Computer 
Die Rechner, die im Internet verbunden sind, kommunizieren über Protokolle, wobei TCP/IP das wichtigste geworden ist. Die Entwicklung von TCP/IP reicht in die Achtzigerjahre zurück. Die ARPA (Advanced Research Projects Agency) gab der Universität von Berkeley (Kalifornien) den Auftrag, unter Unix das TCP/IP-Protokoll zu implementieren, um dort im Netzwerk zu kommunizieren. [Die Geschichte, dass das Internet nur deshalb entwickelt wurde, damit bei Rechnerausfällen durch kriegerische Aktivitäten weiter Kommunikation möglich ist, ist so falsch. Larry Roberts sagt dazu, dass die Entwickler dem Ministerium die Vorteile des Internets nur deswegen so verkauften, damit sie mehr Forschungsgelder bekamen. ] Was sich die Kalifornier ausgedacht hatten, fand auch in der Berkeley Software Distribution (BSD), einer Unix-Variante, Verwendung: die Berkeley-Sockets. Mittlerweile hat sich das Berkeley-Socket-Interface über alle Betriebssystemgrenzen hinweg verbreitet und ist der De-facto-Standard für TCP/IP-Kommunikation, so auch unter Windows.
16.7.2 Sockets
Ein Socket dient zur Abstraktion und ist ein Verbindungspunkt in einem TCP/IP-Netzwerk. Werden mehrere Computer verbunden, so implementiert jeder Rechner einen Socket: Derjenige, der Daten empfängt (Client), öffnet eine Socket-Verbindung zum Horchen, und derjenige, der sendet, öffnet eine Verbindung zum Senden (Server). Es lässt sich in der Realität nicht immer ganz trennen, wer Client und wer Server ist, da Server zum Datenaustausch ebenfalls Verbindungen aufbauen können. Doch für den Betrachter von außen ist der Server der Wartende und der Client derjenige, der die Verbindung initiiert.
Serveradresse und Port
Damit der Empfänger den Sender auch hören kann, muss dieser durch eine eindeutige Adresse als Server ausgemacht werden. Er bekommt also eine IP-Adresse im Netz und eine ebenso eindeutige Port-Adresse. Der Port ist so etwas wie eine Zimmernummer im Hotel. Die Adresse bleibt dieselbe, aber in jedem Zimmer sitzt jemand und macht seine Aufgaben. Jeder Dienst (Service), den ein Server zur Verfügung stellt, läuft auf einem anderen Port. Eine Port-Nummer ist eine Ganzzahl und in die Gruppen »System« und »Benutzer« eingeteilt. Die so genannten Well-Known-System-Ports (auch Contact Ports genannt) liegen im Bereich von 0 – 1023. Die User-Ports umfassen den restlichen Bereich von 1024 – 65535. Wichtige Port-Nummern sind zum Beispiel 80 für Webserver und 20 für FTP.
Stream-Sockets/Datagram-Sockets
Ein Stream-Socket baut eine feste Verbindung zu einem Rechner auf. Das Besondere daran: Die Verbindung bleibt für die Dauer der Übertragung bestehen. Dies ist bei der anderen Form der Sockets, den Datagram-Sockets, nicht der Fall. Wir behandeln die Stream-Sockets zuerst.
16.7.3 Eine Verbindung zum Server aufbauen
Um Daten von einer Stelle zur anderen zu schicken, muss zunächst eine Verbindung zum Server bestehen. Dieser wiederum beantwortet die eingehenden Fragen. Mit den Netzwerkklassen unter Java lassen sich sowohl client- als auch serverbasierte Programme schreiben. Da die Clientseite noch einfacher als die Serverseite ist – in Java ist Netzwerkprogrammierung ein Genuss –, beginnen wir mit dem Client. Dieser muss zu einem horchenden Server verbunden werden – eine Verbindung, die durch die java.net.Socket-Klasse aufgebaut wird.
Der erste Parameter des Konstruktors erwartet den Namen des Servers (Host-Adresse), mit dem wir uns verbinden wollen. Der zweite Parameter steht für den Port – wir haben hier 80 gewählt, um zu einem Webserver eine Verbindung aufzubauen.
| Hinweis Verbinden wir ein Applet mit dem Server, von dem es geladen wurde, würden wir mit getCodeBase().getHost() arbeiten, etwa so: |
Es gibt noch eine andere Möglichkeit, um zu einem Host zu gelangen: über die Klasse InetAddress:
Alternativ ermittelt die Funktion getHostByName(String) die InetAddress eines Hosts. Ist der Server nicht erreichbar, so löst das System bei allen Socket-Konstruktionsversuchen eine UnknownHostException aus; dabei handelt es sich um eine Unterklasse von IOException, sodass grundsätzlich ein Auffangen/Weiterleiten einer IOException ausreicht.
class java.net.Socket |
- Socket( String host, int port ) throws IOException Erzeugt einen Stream-Socket und verbindet ihn mit der Port-Nummer am angegebenen Host.
- Socket( InetAddress address, int port ) throws IOException Erzeugt einen Stream-Socket und verbindet ihn mit der Port-Nummer am Host mit der angegebenen IP-Nummer.
- Socket( String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort ) throws IOException Erzeugt einen Socket für den Host host am Port port und bindet ihn an die lokale Adresse localAddr und an den lokalen Port localPort.
- Socket( InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort ) throws IOException Erzeugt einen Socket für den durch address gegebenen Host am Port port und bindet ihn an die lokale Adresse localAddr und an den lokalen Port localPort.
- protected Socket( SocketImpl impl ) throws IOException Erzeugt einen unverbundenen Socket mit einer benutzerdefinierten SocketImpl. Nützlich für Unterklassen mit angepassten Verbindungen, die etwa den Datenstrom verschlüsseln oder komprimieren.
16.7.4 Server unter Spannung: die Ströme
Besteht erst einmal die Verbindung, so wird mit den Daten vom Server genauso verfahren wie mit den Daten aus einer Datei. Die Socket-Klasse liefert uns Streams, mit denen wir lesen und schreiben können genauer gesagt die Methoden getInputStream() und getOutputStream(), die einen Zugang zum Datenstrom erlauben. Holen wir uns zunächst einen Ausgabestrom vom Typ OutputStream:
OutputStream out = server.getOutputStream()
Oft wird dieser einfache OutputStream zu einem DataOutputStream oder PrintWriter beziehungsweise PrintStream aufgewertet, damit die Ausgabemöglichkeiten vielfältiger sind. Genauso wird mit dem Eingabestrom verfahren. Wandeln wir ihn gleich in einen Buffered-Reader um:
BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader( server.getInputStream()) );
Wir kennen das Prinzip schon von den URL-Verbindungen und von der Dateieingabe/-ausgabe.
class java.net.Socket |
16.7.5 Die Verbindung wieder abbauen
Die Methode close() leitet das Ende einer Verbindung ein und gibt dem Betriebssystem die reservierten Handles zurück. Ohne Freigabe könnte das Betriebssystem unter Umständen nach einer gewissen Zeit keine Handles mehr zurückgeben, und eine Fortsetzung der Arbeit wäre nicht möglich. Dies geht so weit, dass auch der Browser keine HTML-Seite mehr vom Server bekommt. Kommt es jedoch vor, dass sich zwar einige Verbindungen aufbauen lassen, danach aber Schluss ist, sollte diese Lücke untersucht werden.
class java.net.Socket |
16.7.6 Informationen über den Socket
Wie beim URL-Objekt lässt auch die Klasse Socket keine grundsätzlich wichtigen Änderungen zu. Port-Adresse wie auch das Ziel müssen beim Erzeugen bekannt sein, doch lassen sich wie bei einer URL Informationen über das Socket-Objekt einholen.
class java.net.Socket |
Weitere Funktionen kommen noch hinzu, die allerdings an einem Beispiel demonstriert werden sollen:
Listing 16.10 com/javatutor/insel/net/SocketProperties.java. main()
Socket s = new Socket( "java-tutor.com", 80 ); out.println( s.getKeepAlive() ); // false out.println( s.getLocalAddress() ); // /192.168.2.135 out.println( s.getLocalPort() ); // 1456 out.println( s.getLocalSocketAddress() ); // /192.168.2.135:1427 out.println( s.getOOBInline() ); // false out.println( s.getPort() ); // 80 out.println( s.getRemoteSocketAddress() ); // java-tutor.com/82.96.75.60:80 out.println( s.getReuseAddress() ); // false out.println( s.getReceiveBufferSize() ); // 8192 out.println( s.getSendBufferSize() ); // 8192 out.println( s.getSoLinger() ); // -1 out.println( s.getTcpNoDelay() ); // false out.println( s.getTrafficClass() ); // 0
16.7.7 Reine Verbindungsdaten über SocketAddress
Die Socket-Klasse bietet neben der Beschreibung der Verbindungsparameter auch Methoden zum Aufbau der Verbindung und Metadaten. Sind nur die Verbindungsdaten Adresse und Port nötig, so lassen sich diese auch durch InetSocketAddress-Objekte beschreiben. Alle InetSocketAddress-Objekte sind von der Klasse SocketAddress abgeleitet, wofür es bisher jedoch nur diese eine Unterklasse gibt. Für den Aufbau von InetSocketAddress-Objekten stehen drei Konstruktoren bereit:
class java.net.InetSocketAddress extends SocketAddress |
Natürlich stellt sich die Frage, warum ein Programm InetSocketAddress-Objekte nutzen sollte, wenn doch auch Socket-Objekte alle Verbindungsdaten enthalten. Ein Grund ist, dass Objekte vom Typ InetSocketAddress serialisierbar sind, und ein anderer, dass über SocketAddress-Objekte bei einer gewünschten Verbindung leicht ein Timeout gesetzt werden kann.
Beispiel Versuche, eine Verbindung zu einem Rechner aufzubauen. Wenn nach 100 Millisekunden kein Kontakt zustande kommt, folgt eine SocketTimeoutException:
SocketAddress addr = new InetSocketAddress( host, port ); Socket socket = new Socket(); socket.connect( addr, 100 ); |
class java.net.Socket |