單元7

網(wǎng)絡(luò)編程與多線程7.1網(wǎng)絡(luò)編程程序設(shè)計

任務(wù)7.1單用戶登錄任務(wù)描述用戶登錄KFID自動出貨管理系統(tǒng)，需要在服務(wù)器與客戶端之間進(jìn)行通信，效果如圖7-1所示。當(dāng)?shù)谝粋€客戶（即用戶）登錄系統(tǒng)時，從客戶端發(fā)起登錄請求，客戶端將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器，由服務(wù)器顯示用戶登錄信息，并響應(yīng)給客戶端登錄信息的情況；當(dāng)?shù)谝粋€客戶與服務(wù)器進(jìn)行通信時，其他客戶必須等待，只有第一個客戶退出，服務(wù)器才能與下一個客戶進(jìn)行通信，以此類推。圖7-1單用戶登錄服務(wù)器客戶端知識目標(biāo)了解IP地址和TCP協(xié)議。理解InetAddress類。能力目標(biāo)能接收和發(fā)送Socket信息。能使用I/O流套接字進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)人文精神和法治意識。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和創(chuàng)新精神。任務(wù)7.1單用戶登錄當(dāng)一臺計算機(jī)向另一臺計算機(jī)通信時，需要知道另一臺計算機(jī)的地址。

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(InternetProtocol，簡稱：IP)地址可以用來唯一標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)上的計算機(jī)。IP地址就好像門牌號碼，可以指定特定的地方，就像是“致能大道1號”。IPV4是由4個字節(jié)組成，也就是分為4個8位的二進(jìn)制，每8位之間用點(diǎn)隔開，每個8位整數(shù)可以轉(zhuǎn)換成一個0～255的十進(jìn)制整數(shù)。IPV6是由16個字節(jié)（128位）組成，寫成8個無符號整數(shù)，每個整數(shù)用4個16進(jìn)制位表示，整數(shù)之間用冒號（：）分開，如3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984。IP地址有兩種分類方式：IPV4和IPV6。IP地址映射被稱為域名（domainname）

如

相關(guān)知識TCP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是在互聯(lián)網(wǎng)中從一臺計算機(jī)向另一臺計算機(jī)以包的形式傳輸數(shù)據(jù)的一種低層協(xié)議。傳輸協(xié)議（TransmisssionControlProtocol，TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UserDatagramProtocol，UDP）。TCP協(xié)議能夠讓兩臺主機(jī)建立連接并交換數(shù)據(jù)流。它確保數(shù)據(jù)的傳送，也可確保數(shù)據(jù)包以它們發(fā)送的順序傳送。TCP端口是一個16位的整數(shù)，用來指定正在計算機(jī)上運(yùn)行的進(jìn)程（或程序），也就是表示數(shù)據(jù)信息由哪個程序的服務(wù)器處理，它能夠讓用戶連接到服務(wù)器上各種不同的應(yīng)用程序。不同的進(jìn)程有不同的端口號，端口號可以從0～65535，從0～1023的端口號是保留給HTTP、FTP、SMTP等。如網(wǎng)頁服務(wù)器（HTTP）的端口號是80，InetAddress類是Java對IP地址的封裝，在中有許多類都使用到了InetAddress，包括ServerSocket，Socket，DatagramSocket等等。InetAddress類InetAddress類方法方法說明publicstaticInetAddress[]getAllByName(Stringhost)該方法可以從DNS上得到域名對應(yīng)的所有的IP。這個方法返回一個InetAddress類型的數(shù)組。publicstaticInetAddressgetByAddress(byte[]addr)該方法獲得網(wǎng)絡(luò)主機(jī)中具有指導(dǎo)IP地址的InetAddress對象。publicstaticInetAddressgetByAddress(Stringhost,byte[]addr)該方法通過IP地址來創(chuàng)建InetAddress對象，而且IP地址必須是byte數(shù)組形式，host只是一個用于表示addr的別名publicstaticInetAddressgetByName(Stringhost)該方法以通過指定域名從DNS中得到相應(yīng)的IP地址publicstaticInetAddressgetLocalHost()該方法可以得到描述本機(jī)IP的InetAddress對象示例：獲取本地主機(jī)的域名與IP地址import.InetAddress;public

classAddress{public

static

voidmain(String[]args){InetAddressinetAddr=null;//創(chuàng)建一個InetAddress對象try{ inetAddr=InetAddress.getLocalHost();//實(shí)例化InetAddress對象Stringcanonical=

inetAddr.getCanonicalHostName();//獲得本地主機(jī)的域名

StringhostName=inetAddr.getHostName();//獲得主機(jī)名Stringaddress=

inetAddr.getHostAddress();//獲得本機(jī)的IP地址

System.out.println("域名："+canonical);System.out.println("主機(jī)名："+hostName);System.out.println("IP地址："+address);}catch(Exceptione){e.printStackTrace();}

}}Socket類.Socket類代表客戶端和服務(wù)器都用來互相溝通的套接字?？蛻舳艘@取一個Socket對象通過實(shí)例化，而服務(wù)器獲得一個Socket對象則通過accept()方法的返回值。Socket類構(gòu)造方法構(gòu)造方法說明publicSocket(Stringhost,intport)throwsUnknownHostException,IOException創(chuàng)建一個流套接字并將其連接到指定主機(jī)上的指定端口號publicSocket(InetAddresshost,intport)throwsIOException創(chuàng)建一個流套接字并將其連接到指定IP地址的指定端口號。publicSocket(Stringhost,intport,InetAddresslocalAddress,intlocalPort)throwsIOException創(chuàng)建一個套接字并將其連接到指定遠(yuǎn)程主機(jī)上的指定遠(yuǎn)程端口。publicSocket(InetAddresshost,intport,InetAddresslocalAddress,intlocalPort)throwsIOException創(chuàng)建一個套接字并將其連接到指定遠(yuǎn)程地址上的指定遠(yuǎn)程端口publicSocket()通過系統(tǒng)默認(rèn)類型的SocketImpl創(chuàng)建未連接套接字Socket類Socket類的常用方法方法說明publicvoidconnect(SocketAddresshost,inttimeout)throwsIOException將此套接字連接到服務(wù)器，并指定一個超時值。publicInetAddressgetInetAddress()返回套接字連接的地址publicintgetPort()返回此套接字連接到的遠(yuǎn)程端口。publicintgetLocalPort()返回此套接字綁定到的本地端口。publicSocketAddressgetRemoteSocketAddress()返回此套接字連接的端點(diǎn)的地址，如果未連接則返回null。publicInputStreamgetInputStream()throwsIOException返回此套接字的輸入流publicOutputStreamgetOutputStream()throwsIOException返回此套接字的輸出流。publicvoidclose()throwsIOException關(guān)閉此套接字ServerSocket類服務(wù)器應(yīng)用程序通過使用.ServerSocket類以獲取一個端口，并且偵聽客戶端請求。ServerSocket類構(gòu)造方法構(gòu)造方法說明publicServerSocket(intport)throwsIOException創(chuàng)建綁定到特定端口的服務(wù)器套接字。publicServerSocket(intport,intbacklog)throwsIOException利用指定的backlog創(chuàng)建服務(wù)器套接字并將其綁定到指定的本地端口號。publicServerSocket(intport,intbacklog,InetAddressaddress)throwsIOException使用指定的端口、偵聽backlog和要綁定到的本地IP地址創(chuàng)建服務(wù)器。publicServerSocket()throwsIOException創(chuàng)建非綁定服務(wù)器套接字。ServerSocket類ServerSocket類的常用方法方法說明publicintgetLocalPort()返回此套接字在其上偵聽的端口。publicSocketaccept()throwsIOException偵聽并接受到此套接字的連接。publicvoidsetSoTimeout(inttimeout)通過指定超時值啟用/禁用SO_TIMEOUT，以毫秒為單位。publicvoidbind(SocketAddresshost,intbacklog)將ServerSocket綁定到特定地址（IP地址和端口號）。使用Socket實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信連接

建立socket連接來連接服務(wù)器。傳送

用戶發(fā)送信息到服務(wù)器。接受

用戶從服務(wù)器接受信息。要使客戶端能夠正常工作，必須要做好3個任務(wù)：案例：服務(wù)器程序與客戶端一對一通信編寫一個客戶端程序和一個服務(wù)器程序，服務(wù)器端只向客戶端輸出“Helloworld”。分析：服務(wù)器程序（HelloServer.java）第一步：聲明一個ServerSocket對象，聲明一個PrintWriter對象，用于向客戶端打印輸出。ServerSocketserversocket=null;PrintWriterout=null;第二步：實(shí)例化ServerSocket對象，在9999端口進(jìn)行監(jiān)聽。

serversocket=newServerSocket(9999);第三步：聲明一個Socket對象clientsocket，此對象用于接收客戶端的Socket連接。然后通過ServerSocket類中的accept()方法，接收客戶端的Socket請求，此方法返回一個客戶端的Socket請求。

clientsocket=serversocket.accept();第四步：通過客戶端的Socket對象去實(shí)例化PrintWriter對象，此時out對象具備向客戶端打印信息的能力。調(diào)用println()方法，將信息打印至客戶端。out=newPrintWriter(clientsocket.getOutputStream(),true);out.println("Helloworld");第五步：分別關(guān)閉客戶端Socket連接，服務(wù)器端Socket連接。

clientsocket.close();serversocket.close();案例：服務(wù)器程序與客戶端一對一通信客戶端程序（HelloClient.java）第一步：聲明一個Socket對象，聲明一個BufferedReader對象in，此對象用于讀取服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

Sockethellosocket=null;BufferedReaderin=null;第二步：用輸入輸出流與Socket關(guān)聯(lián)。首先實(shí)例化hellosocket對象，此連接在本機(jī)的9999端口上監(jiān)聽。然后通過hellosocket對象實(shí)例化BufferedReader對象。hellosocket=newSocket("localhost",9999);in=newBufferedReader(newInputStreamReader(hellosocket.getInputStream()));第三步：等待服務(wù)器端發(fā)送過來的信息并打印。System.out.println(in.readLine());第四步:關(guān)閉BufferedReader對象;關(guān)閉Socket對象。in.close();hellosocket.close();如果要需要服務(wù)器與多個客戶端通信，如何實(shí)現(xiàn)呢？可以通過線程來處理不同客戶發(fā)送的信息。單元7

網(wǎng)絡(luò)編程與多線程7.2多線程程序設(shè)計

任務(wù)7.2多用戶登錄任務(wù)描述多個用戶登錄自動出貨管理系統(tǒng)，需要在服務(wù)器與多個客戶端之間進(jìn)行通信，效果如圖7-2所示。多線程是Java的一個重要特性。在服務(wù)器啟用多線程模式時，可以通過線程來處理不同用戶發(fā)送的信息。當(dāng)每個用戶登錄時，從客戶端發(fā)起登錄請求，將登錄用戶數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器，由服務(wù)器顯示用戶登錄信息，并將信息響應(yīng)給客戶端（登錄成功或登錄失?。?。當(dāng)有多個客戶端連接到服務(wù)器時，服務(wù)器會為每個客戶端建立一個線程來處理接收到信息，而不會產(chǎn)生阻塞，實(shí)現(xiàn)一個服務(wù)器與多個客戶端的通信。圖7-2多用戶登錄知識目標(biāo)了解線程與進(jìn)程的區(qū)別。熟悉實(shí)現(xiàn)多線程的方法。熟悉線程同步的方法。能力目標(biāo)能通過繼承Thread類實(shí)現(xiàn)多線程。能通過Runnable接口實(shí)現(xiàn)多線程。能使用方法或代碼塊實(shí)現(xiàn)線程同步。能使用多線程和套接字實(shí)現(xiàn)服務(wù)器服務(wù)多個客戶的操作。素養(yǎng)目標(biāo)良好的職業(yè)道德規(guī)范。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和創(chuàng)新精神。任務(wù)7.2多用戶登錄在高速公路收費(fèi)匝道上，經(jīng)常會看到排成長龍的車隊(duì)。如果讓你來緩解這一擁塞的交通狀況，你的方案是什么?在一個行政收費(fèi)大廳里，如果只有一個辦事窗ロ，等待辦事的客戶很多。解決方案是？進(jìn)程可以理解為一個應(yīng)用程序的執(zhí)行過程，應(yīng)用程序一旦執(zhí)行，就是一個進(jìn)程。如果把進(jìn)程比作一個收費(fèi)站，多個收費(fèi)匝道就可以比作線程。如果將行政大廳比喻為一個進(jìn)程，每個辦事窗口就是一個線程。

相關(guān)知識多線程：多線程在Windows操作系統(tǒng)中的運(yùn)行進(jìn)程1進(jìn)程3線程1線程3線程2線程5線程4線程n…進(jìn)程2在CPU執(zhí)行進(jìn)程2的時間片內(nèi)圖7-3多線程在Windows操作系統(tǒng)中的運(yùn)行模式Windows操作系統(tǒng)是多任務(wù)操作系統(tǒng)，它以進(jìn)程為單位。每個獨(dú)立執(zhí)行的程序都被稱為進(jìn)程。比如：正在運(yùn)行的QQ是一個進(jìn)程、正在運(yùn)行的企業(yè)微信是一個進(jìn)程，正在運(yùn)行的Eclipse也是一個進(jìn)程，每個進(jìn)程都可以包含多個線程。系統(tǒng)可以分配給每個進(jìn)程一段使用CPU的時間（也可以稱為CPU時間片），CPU在這段時間中執(zhí)行某個進(jìn)程（同理，同一個進(jìn)程種每個線程也可以得到一小段執(zhí)行時間，這樣一個進(jìn)程就可以具有多個并非執(zhí)行的線程），然后下一個CPU時間片又執(zhí)行另一個進(jìn)程。進(jìn)程是并發(fā)執(zhí)行程序在執(zhí)行過程中資源分配和管理的基本單位（資源分配的最小單位），每個進(jìn)程都有自己獨(dú)立的地址空間。線程是比進(jìn)程更小的執(zhí)行單元，是進(jìn)程中的一個實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。一個進(jìn)程在執(zhí)行過程中，可以產(chǎn)生多個線程。同一類線程共享代碼和數(shù)據(jù)空間，每個線程有獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計數(shù)器(PC)，線程切換開銷小。多線程的機(jī)制則指可以同時運(yùn)行多個程序塊（進(jìn)程的多條路徑），在Java中被稱為并發(fā)機(jī)制。采用多線程機(jī)制可以是計算機(jī)資源得到更充分的使用，多線程可以使程序在同一時間內(nèi)完成很多任務(wù)操作。進(jìn)程與線程的概念classTestThread{

public

voidrun(){

for(int

i=0;i<5;++i){System.out.println("TestThread在運(yùn)行"

);

}

}}public

classMainClass{public

static

voidmain(Stringargs[]){

newTestThread().run();//創(chuàng)建一個新線程對象，并輸出

//循環(huán)輸出

for(int

i=0;i<5;++i){System.out.println("main線程在運(yùn)行"

);

}

}}引入：單一線程的運(yùn)行流程要想運(yùn)行main()方法中的for循環(huán)，必須等ThreadDemo類中的run()方法執(zhí)行完。即使該代碼塊不依賴前面的代碼塊的計算機(jī)結(jié)果，它也“無可奈何”地必須等待，這就是單一線程的缺陷。如何使兩個代碼塊能否交替輸出呢？答案是肯定的，就是Java多線程的作用了。Thread類的構(gòu)造方法

publicThread()：

創(chuàng)建一個新的線程對象

publicThread(StringthreadName)：創(chuàng)建一個名稱為threadName的線程對象Thread類的常用方法Interrupt()：中斷線程

run()：如果該線程是使用獨(dú)立的Runnable對象構(gòu)造的，則調(diào)用Runnable對象的run()方法，否則，該方法不執(zhí)行任何操作并返回。start()：使該線程開始執(zhí)行，Java虛擬機(jī)調(diào)用該線程的run()方法。sleep()：在指定的毫秒數(shù)內(nèi)讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行）繼承java.lang.Thread類Thread類是Java.lang包中的一個類，Thread類的對象用來代表線程實(shí)現(xiàn)多線程的方法：通過繼承Thread類創(chuàng)建、啟動并執(zhí)行一個線程的步驟如下：創(chuàng)建一個繼承Thread類的子類覆寫Thread類的run()方法。創(chuàng)建線程類的一個對象。通過線程類的對象調(diào)用start()方法啟動線程（啟動之后會自動調(diào)用覆寫的run()方法執(zhí)行線程）繼承java.lang.Thread類繼承java.lang.Thread類public

classThreadDemoTestextendsThread{privateStringname;

publicThreadDemoTest(Stringname){

this.name=name;

}

//重寫run()方法

public

voidrun(){

for(int

i=0;i<5;i++){System.out.println(name+"運(yùn)行:"

+i);

try{

sleep((int)Math.random()*10);//正在執(zhí)行線程休眠}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();

}

}

}public

static

voidmain(String[]args){ThreadDemoTestt1=newThreadDemoTest("A"

);//創(chuàng)建線程對象t1ThreadDemoTestt2=newThreadDemoTest("B"

);//創(chuàng)建線程對象t2t1.start();//啟動線程t1t2.start();//啟動線程t2}}所有的線程對象都必須是Thread或者其子類的實(shí)例。創(chuàng)建一個新的線程t1，

此線程進(jìn)入新建狀態(tài)；調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài)使用繼承Thread類的子類來創(chuàng)建線程類時，多個線程無法共享線程類的實(shí)例變量實(shí)現(xiàn)java.lang.Runnable接口如果當(dāng)前類不僅要繼承其他類(非Thread類)，還要實(shí)現(xiàn)多線程，那么如何處理呢？使用Runnable接口啟動新線程

創(chuàng)建Runnable對象；使用參數(shù)為Runnable對象的構(gòu)造方法創(chuàng)建Thread對象；調(diào)用start()方法啟動線程。Thread對象Runnable

對象啟動線程，執(zhí)行run()方法中的代碼。根據(jù)Runnable對象創(chuàng)建Thread對象調(diào)用start()方法實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程的流程實(shí)現(xiàn)java.lang.Runnable接口classRunnableThreadDemoimplementsRunnable{

public

voidrun(){

for(int

i=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()

+"運(yùn)行"+i);

try{

Thread.sleep(1000);//睡眠1秒}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();

}

}

}}public

classRunnableThread{public

static

voidmain(Stringargs[]){

RunnableThreadDemo

th=newRunnableThreadDemo();

newThread(th).start();//使用Thread類的start方法啟動線程

for(int

i=0;i<5;i++){System.out.println("main線程在運(yùn)行"

);

try{

Thread.sleep(1000);//睡眠1秒}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();}

}

}}靜態(tài)方法currentThread()，返回值是當(dāng)前正在執(zhí)行該方法的線程實(shí)例。顯示Runnable接口相對于繼承Thread類顯著優(yōu)勢：避免了由于Java的單繼承特性帶來的局限性?？墒嵌鄠€線程共享相同的資源，以達(dá)到資源共享的目的。線程生命周期及狀態(tài)線程具有生命周期，其中包含5種狀態(tài)，分別為新建狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、暫停狀態(tài)（包含休眠、等待和阻塞）和死亡狀態(tài)。Thread.sleep()方法Object.wait()方法Object.notify()Object.join()方法Thread.yield()案例：交通紅綠燈根據(jù)所給代碼，補(bǔ)充完整，實(shí)現(xiàn)多線程在模擬紅綠燈變化場景。多線程的同步如何解決資源共享的問題？共享資源加鎖所有解決多線程資源沖突問題的方法，都是在給定時間只允許一個線程訪問共享資源，相當(dāng)于給共享資源加道鎖。使用代碼塊實(shí)現(xiàn)線程同步使用方法實(shí)現(xiàn)線程同步多線程的同步使用代碼塊實(shí)現(xiàn)線程同步同步機(jī)制使用synchronized關(guān)鍵。每個Java對象都有一個內(nèi)置鎖，如果代碼塊使用synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行聲明，通過鎖定指定的對象，來對同步塊中包含的代碼進(jìn)行同步，則使用該關(guān)鍵字的代碼塊稱為同步塊，也稱為臨界區(qū)。synchronized(Object)同步代碼與同步方法鎖的是對象，而不是代碼。如果某個對象被同步代碼塊或同步方法鎖住了，那么其他使用該對象的代碼必須等待，直到該對象的鎖被釋放。public

classSynchronizedTestimplementsRunnable{int

num

=10;//設(shè)置當(dāng)前總票數(shù)public

voidrun(){while(true){//設(shè)置無限循環(huán)synchronized(this){//設(shè)置同步代碼塊if(num>0){//判斷當(dāng)前票數(shù)是否大于0try{Thread.sleep(100);//使當(dāng)前線程休眠100毫秒}catch(Exceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+“---票數(shù)"

+num--;}}}}public

static

voidmain(String[]args){SynchronizedTestt=newSynchronizedTest();ThreadtA=newThread(t,"線程1");ThreadtB=newThread(