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Sockets em Java
Leonardo R. Nunes - leonardo@sumersoft.com
1. Introdução
A comunicação entre processos de software tornou-se indispensável nos sistemas atuais. O mecanismo mais utilizado atualmente para possibilitar comunicação entre aplicações é chamado socket. Neste artigo será apresentado o suporte que Java oferece para a utilização desse mecanismo de comunicação. Java oferece os seguintes modos de utilização de sockets: o modo orientado a conexão, que funciona sobre o protocolo TCP ( Transmission Control Protocol , ou protocolo de controle de transmissão), e o modo orientado a datagrama, que funciona sobre o protocolo UDP ( User Datagram Protocol , ou protocolo de datagrama de usuários). Os dois modos funcionam sobre o protocolo IP ( Internet Protocol ). Cada um desses modos tem sua aplicabilidade, e possuem vantagens e desvantagens em sua utilização.
Modo orientado a conexão TCP/IP Modo orientado a datagrama UDP/IP
- Serviços confiáveis: o Sem perdas de dados na rede; o Garantia de ordem dos pacotes;
- Possibilidade de utilização de fluxo de dados ( DataStreams);
Desvantagens:
- É mais lento que o modo orientado a datagrama;
- Comportamento servidor diferente de comportamento cliente; - Serviços não confiáveis: o Mensagens podem ser perdidas; o Ordem das mensagens não é garantida;
- Cada mensagem é um datagrama: [sender (remetente), receiver (receptor), contents (conteúdo da mensagem)]
Vantagem:
- É muito mais rápido que o modo orientado a conexão;
2. Sockets TCP/IP
O processo de comunicação no modo orientado à conexão ocorre da seguinte forma: O servidor escolhe uma determinada porta (o termo correto seria porto, em inglês port, mas aqui no Brasil o termo utilizado comumente é porta) e fica aguardando conexões nesta porta. O cliente deve saber previamente qual a máquina servidora (host) e a porta que o servidor está aguardando conexões. Então o cliente solicita uma conexão em um host/porta, conforme demonstrado na figura 1.
Figura 1
Se nenhum problema ocorrer, o servidor aceita a conexão gerando um socket em uma porta qualquer do lado servidor, criando assim um canal de comunicação entre o cliente e o servidor. A figura 2 demonstra este canal de comunicação.
Figura 2
Tipicamente o comportamento do servidor é ficar em um loop aguardando novas conexões e gerando sockets para atender as solicitações de clientes. A seguir serão apresentadas as ações necessárias para implementar comunicação sobre TCP através de um socket cliente e um socket servidor:
2.1. Criando um socket cliente:
- Passo 1 - Abrir a conexão:
import java.io.* ; // streams import java.net.* ; // sockets //Conectar no servidor java.sun.com na porta 80. Socket client = new Socket(“java.sun.com”, 80);
- Passo 3 - Obter fluxos ( streams ) de entrada e saída para comunicação com o cliente:
- Passo 4 - Realizar comunicação com o servidor:
- Passo 5 - Fechar fluxos ( streams ) e socket cliente:
- Passo 6 - Fechar o socket servidor:
A utilização do modo orientado a conexão possibilita algumas funcionalidades interessantes como a utilização de canais unidirecionais, que podem ser obtidos através dos métodos socket.shutdownInput() ou socket.shutdownOutput(). Java provê também algumas implementações de alto nível para sockets TCP/IP, como por exemplo, um conector para o protocolo HTTP (java.net.HttpURLConnection).
//Cria um canal para receber dados. DataInputStream in=new DataInputStream(socket.getInputStream()); //Cria um canal para enviar dados. DataOutputStream out=new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
int k = in.readInt(); //Aguarda o recebimento de um int. String s = in.readUTF() ; //Aguarda o recebimento de uma string.
out.writeInt(3); //Envia um int. out.writeUTF(“Hello”); //Envia uma string.
//Fecha os canais in e out do socket que está atendendo o cliente in.close(); out.close(); //Fecha o socket que está atendendo o cliente. socket.close();
//Fechando o servidor. serverSocket.close();
3. Sockets UDP/IP
Sockets UDP/IP são muito mais rápidos que sockets TCP/IP. São mais simples, porém menos confiáveis. Em UDP não temos o estabelecimento de conexão, sendo que a comunicação ocorre apenas com o envio de mensagens. Uma mensagem é um datagrama, que é composto de um remetente ( sender) , um destinatário ou receptor ( receiver ), e a mensagem ( content ). Em UDP, caso o destinatário não esteja aguardando uma mensagem, ela é perdida. A figura 3 apresenta o envio de um datagrama de uma suposta máquina (Maq1) para outra (Maq2) em uma rede.
Figura 3
A seguir serão apresentadas as ações necessárias para implementar comunicação utilizando sockets UDP:
3.1. Enviando uma mensagem:
- Passo 1 - Criar o socket:
- Passo2 - Criando e enviando o datagrama:
//sender socket não precisa de uma porta em especial. DatagramSocket clientSocket=new DatagramSocket();
InetAddress addr=InetAddress.getByName(“www.javasoft.com”);
String toSend =“PERGUNTA”; byte[] buffer = toSend.getBytes();
//Enviar datagrama para destinatário na porta 4545. DatagramPacket question = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, addr, 4545); //Envia o datagrama. clientSocket.send(question);
- Passo 4 - Fechando o servidor:
3.3. Multicast
O protocolo UDP suporta o envio de uma mensagem para um grupo de destinatários ao invés de um único destinatário. Isto é denominado multicast. Um grupo multicast é especificado por um endereço IP de classe “D” (224.0.0.1 até 239.255.255.255, inclusive) e uma porta UDP. Classes IP definem ranges de endereços. O endereço 224.0.0.0 é reservado e não deve ser utilizado. Em Java o suporte a multicast é oferecido através da classe java.net. MulticastSocket. A seguir temos as ações necessárias para a utilização de multicast com sockets UDP.
4. New I/O API
O novo pacote de I/O (java.nio), introduzido na versão J2SE 1.4 traz novas funcionalidades e avanços significativos de desempenho em I/O em JAVA. Dentre as diversas funcionalidades temos uma nova abstração para I/O que são os canais ( channels ). Um canal é uma abstração que representa uma conexão entre entidades que fazem operações de I/O. No caso de sockets temos as classes java.nio.channels.ServerSocketChannel e java.nio.channels.SocketChannel. A utilização de canais possibilita uma forma mais simples para realizar comunicação, pois basta abrir o canal, escrever e/ou ler, e ao final da execução, fechar o canal. As implementações destas classes de canais de socket utilizam as classes java.net.ServerSocket e java.net.Socket, já vistas. Ao final deste artigo será apresentado um exemplo de utilização de canais para acessar um servidor www.
//Fechando o servidor. serverSocket.close();
InetAddress group = InetAddress.getByName("228.5.6.7"); MulticastSocket s = new MulticastSocket(6789);
// Entra no grupo. A partir deste momento as mensagens //para 228.5.6.7 serao recebidas em s. s.joinGroup(group);
// Envia e recebe mensagens UDP conforme apresentado anteriormente...
// Retira-se do grupo. Mensagens para 228.5.6. //não mais chegarão até o socket s. s.leaveGroup(group);
5. Conclusão
Este artigo apresentou as principais formas de networking oferecidas por Java, porém o suporte a networking oferecido por Java é mais abrangente. Existem algumas configurações que podem ser realizadas na utilização de IP, como a configuração de timeouts (tempo de espera máximo para realização de operações) , buffers (tamanho do buffer dos pacotes) , keep alive (mensagem automática para verificação de disponibilidade dos pares em uma conexão quando a conexão não está em utilização), além de outras configurações. Estas configurações podem ser verificadas na interface java.net.SocketOptions. Para os entusiastas em networking , temos algumas outras funcionalidades do J2SE 1.4 que não mencionamos, porém são muito interessantes. Entre elas podemos destacar o suporte à IPv6, suporte à operações assíncronas, suporte à Secure Socket Layer (permite socket seguro), além de outras novidades. Maiores detalhes podem ser encontrados em: http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/guide/net/enhancements14.html
Autor:
Leonardo R. Nunes - leonardo@sumersoft.com - Formado em Ciência da Computação pela PUCPR, mestrando em Sistemas Distribuídos na PUCPR, trabalha com desenvolvimento de software orientado a objetos utilizando Java desde 1997. Desenvolveu aplicações Java para a área de telefonia, área industrial e de telecomunicações. Atualmente é Diretor da Sumersoft Tecnologia (http://www.sumersoft.com) e Coordenador do PRoJAVA (http://www.projava.com.br).
