2. diel - Sieť v Jave - Balíky pre sieťovú komunikáciu

V minulej lekcii, Sieť v Jave - Úvod , sme si vysvetlili základné pojmy sieťovej komunikácie v Jave, popísali si jej techniky a zoznámili sa s terminológiou.

Balíky Java pre sieťovú komunikáciu

Medzi základné balíky v Jave pre prácu so sieti môžeme zaradiť:

• java.net.*
• java.io.*
• java.nio.*
• java.nio.channels.*

Existuje aj balíček java.rmi s pomocou ktorého je možné realizovať klient/server aplikácie bez nutnosti znalosti socketov a písania relatívne zložitého kódu. Pre odtienenie programátorov od zložitej práce a zníženie nákladov na vývoj softvéru boli vytvorené knižnice implementujúce techniku volania procedúr.

Základné balíčky si teraz popíšeme podrobnejšie:

Balíček java.net

Tento balíček je súčasťou java API už od svojej prvej verzie. Poskytuje podporu pre dva bežné sieťové protokoly TCP a UDP, ktoré sú vyžadované pre komunikáciu v rámci siete. Balíček java.net teda ponúka základnú funkčnosť pre sieťové aplikácie, pričom ju je možné rozdeliť do dvoch častí:

1. High Level API - Zaoberajú sa abstrakciou URI (Universal Resource Identifier), URL (Universal Resource Locator) a Connections, tj pripojenie k zdroju, na ktorý odkazujú URL.
2. Nízkoúrovňové API - Zaoberajú sa abstrakciami adries, tj sieťových identifikátorov, Sockets, tj obojsmerného mechanizmu dátovej komunikácie a Interfaces, tj sieťových rozhraní.

Okrem prostriedkov na spojovo orientovanú a datagramovú komunikáciu poskytuje balík taktiež možnosti komunikácie typu multicast, vrátane metód pre pripájanie a odpájanie sa k jednotlivým multicast skupinám.

Triedy URL a URLConnection

Trieda URL v Jave je vstupným bodom ku všetkým dostupným zdrojom na internete. Adresa URL triedy popisuje Uniform Resource Locator, čo je signál pre „zdroj“ na World Wide Web. Zdroj môže označovať jednoduchý súbor alebo adresár, alebo môže označovať ťažší objekt, ako je dotaz do databázy alebo na vyhľadávač.

Trieda URLConnection v Jave je abstraktná trieda popisujúca pripojenie zdroja, ako je definované podobnou URL. Trieda URLConnection sa používa na pomoc s dvoma odlišnými, ale vzájomne prepojenými účelmi. Po prvé poskytuje kontrolu interakcie so serverom (najmä HTTP serverom) ako triedou URL. Navyše s URLConnection môže používateľ overiť hlavičku prenesenú serverom a môže následne reagovať. Užívateľ môže tiež konfigurovať polia hlavičky používané v klientskych požiadavkách práve pomocou URLConnection.

Socket a ServerSocket

Na realizáciu spojenia medzi dvoma aplikáciami sú potrebné dva odlišné sockety. Prvý čakajúci na prichádzajúce spojenie (serverový) a druhý, ktorý musí spojenie vytvoriť (klientský).

Na vytvorenie klientskeho socketu (používa sa na komunikáciu klienta) slúži inštancia triedy Socket. Prostredníctvom tejto triedy môžeme čítať a písať správy. Na vytvorenie serverového socketu (používa sa na strane servera) slúži inštancia triedy ServerSocket. Aby sa klientský socket mohol pripojiť, musí sa konštruktoru triedy Socket odovzdať adresa a port cieľa. Adresa môže byť inštanciou triedy String alebo inštanciou triedy InetAddress. Adresa typu InetAddress v sebe zapuzdruje IP adresu cieľa. Inštancia triedy InetAddress sa získa pomocou statickej metódy getByName(String host) triedy InetAddress. Táto metóda na vstupe očakáva buď IP alebo URL adresu cieľa.

Programovanie socketu a prácu s triedami URL a URLConnection vrátane použitia triedy InetAddress si ukážeme v niektorom z ďalších článkov.

Balíček java.io

Druhý balíček je tiež súčasťou API od prvej verzie. Obsahuje triedy pre prácu s dátovými prúdmi alebo triedy pre spracovanie dátových výstupov a vstupov.

V spojení so sieťovou komunikáciou stojí za zmienku iba vstupné a výstupné prúdy, ktoré je možné pripojiť na zdroj alebo cieľ dát. Sú to ByteArrayInputStream resp. ByteArrayOutputStream. Ak zabalíme tieto prúdy pomocou DataInputStream resp. DataOutputStream, môžu poskytovať spôsob, ako prenášať primitívne dátové typy Javy. Ku všetkým ostatným zdrojom dát je možné získať prístup primitívnymi implementáciami tried InputStream resp. OutputStream.

Balíček java.nio

Ponúka nové prístupy pre prácu so sieťovými prostriedkami (sockety), bez nutnosti tvorby vlákien, umožňuje prácu s tzv. buffermi. Inými slovami balík ponúka pre každý primitívny dátový typ (okrem boolean) triedy bufferov – ide o rýchlejšie riešenie ako sú klasické polia.

Hlavnými prvkami každého bufferu je jeho kapacita, pozícia a medza. Kapacita udáva maximálny počet prvkov, ktoré buffer môže obsahovať. Pozícia je index aktuálneho prvku, ktorý má byť čítaný alebo zapisovaný. Hranica označuje index prvej pozície, ktorú ešte nemožno prečítať, alebo na ktorú nemožno zapísať:

Všetky buffery sú zdedené od spoločnej triedy Buffer.

Balíček java.nio.channels

Obsahuje niekoľko kanálov pre prácu so sieťou. Napríklad kanály pre prácu s datagramami, so socketmi, routy a ďalšie. Kanály spoločne s buffermi môžu ponúkať totožnú funkčnosť ako triedy InputStream a OutputStream.

Z tohto balíka si predstavíme iba dve triedy:

• SocketChannel - klientsky kanál
• ServerSocketChannel - serverový kanál

Klientsky kanál

Trieda SocketChannel v sebe zapuzdruje klientsky socket a jeho využitie je rovnaké ako inštancia triedy Socket. Spoločne s použitím Selektoru a objektu ServerSocketChannel umožňujú vytvoriť neblokujúci, bezvláknový server.

Inštanciu triedy SocketChannel vytvoríme pomocou metódy open(SocketChannel remote) - otvoríme kanál socketu a pripojíme sa na adresu zadanú v parametri remote. Ak zavoláme open() s prázdnym parametrom, musíme neskôr na pripojenie socketu použiť metódu connect(SocketAddres remote) objektu SocketChannel:

Hlavné metódy	Popis
public static SocketChannel open( SocketAddress remote )	Vytvorí inštanciu triedy SocketChannel, otvorí kanál socketu a pripojí sa na adresu zadanú v parametri remote.
public static SocketChannel connect( SocketAddres remote )	Pripája socket tohto kanála. Trieda SocketAddress je rodičovskou triedou.
public void close()	Uzavrie kanál.
public int read( ByteBuffer dst )	Načíta dáta z kanála do bufferu. Vracia počet načítaných dát. Ak vráti hodnotu -1, kanál bol uzavretý.
public int write( ByteBuffer dst )	Zapisuje dáta z buffera na kanál. Pred akýmkoľvek zápisom bufferu je potrebné volať metódu flip(), ktorá ohraničí dáta v buffere. Metóda vracia počet zapísaných dát.

Serverový kanál

Trieda ServerSocketChannel obsahuje metódu open() ktorá vracia jej inštanciu. Objekt vytvorený touto metódou ešte nie je plnohodnotný serverový kanál. Aby bol kanál kompletný a bol schopný počúvať, je potrebné k nemu pridružiť objekt ServerSocket získaný metódou socket() a zavolaním jeho metódy bind(SocketAddress address, int port). Prijatie nového kanála prichádzajúceho klienta je realizované metódou accept() triedy ServerSocektChannel. Pomocou metódy configureBlocking(boolean block) je vhodné nastaviť serverovému kanálu neblokujúci mód. Voľba módu zásadne ovplyvňuje metódu accept(). Ak bude nastavený neblokujúci mód, potom metóda accept() vracia buď SocketChannel klienta alebo null a nijako neblokuje beh aplikácie. Pri blokujúcom móde metóda accept() blokuje sieťové vlákno dovtedy, kým sa na server niekto nepripojí. Po ukončení práce so serverom je potrebné uzavrieť ServerSocket jeho vlastnou metódou close() a ServerSocketChannel taktiež jeho vlastnou metódou close().

V budúcej lekcii, Sieť v Jave - Práca s URL , si popíšeme triedu java.net.URL vrátane ich hlavných metód a ukážeme si, ako ich použiť v praxi.