Programmation orientée objet appliquée avec le langage Java Réseaux

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1 Programmation orientée objet appliquée avec le langage Java Réseaux IUT d'aix en Provence Réseaux et Télécommunications Décembre 2013 Ivan Madjarov Partie XIII Programmation en Java par Socket en mode connecté (TCP) 2

2 Mode TCP et UDP 3 Le mode connecté (TCP) Fonctionnement en mode connecté Données envoyées dans un "tuyau" et non pas par paquet Flux de données (Stream) Fiable : la couche TCP assure que: Les données envoyées sont toutes reçues par la machine destinataire Les données sont reçues dans l'ordre où elles ont été envoyées 4

3 Le mode connecté (TCP) Le mode est assuré au niveau de la couche de transport selon le modèle OSI par le protocole TCP (Transmission Control Protocol). Le paquetage java.net fourni les classes: Socket(host, port); ServerSocket(port); pour travailler avec le mode connecté (TCP). Le mode connecté est une interconnexion stable entre un client et un serveur. 5 Le mode connecté (TCP) Les étapes côté Serveur: 1. Instancier la classe ServerSocket et l instruire à écouter sur un port > Accepter les connexions par la méthode accept() et créer un objet Socket pour référencer la nouvelle connexion. 3. Passer la nouvelle connexion au programme approprié. 4. Fermer la connexion par la méthode close(). Les étapes côté Client: 1. Se connecter au service approprié en instanciant la classe Socket et en lui passant comme paramètres l adresse du Serveur et le port écouté. 2. Lorsque l échange est terminé fermer la connexion par la méthode close(). 6

4 Le mode connecté (TCP) Le Client et le Serveur en mode connecté 7 Les Sockets (connecteurs réseau) Une application Client se connecte par une adresse IP sur un numéro de port. Le serveur accepte la connexion et fournit une nouvelle socket avec un nouveau port de communication pour continuer à écouter sur la socket originale. Du côté du client, si la connexion est acceptée, une socket est créée pour assurer la communication avec le serveur. 8

5 Les Sockets (connecteurs réseau) Classe java.net.socket propose: Méthodes d'émission et de réception de données Contrairement aux sockets UDP, les sockets TCP n'offre pas directement de services pour émettre recevoir des données On récupère les flux d'entrée sorties associés à la socket OutputStream getoutputstream() Retourne le flux de sortie permettant d'envoyer des données via la socket InputStream getinputstream() Retourne le flux d'entrée permettant de recevoir des données via la socket Fermeture d'une socket public close() Ferme la socket et rompt la connexion avec la machine distante 9 Les Sockets (connecteurs réseau) Mise en œuvre du modèle Client Serveur: La Socket est créé sur le client. Le ServerSocket fonctionne sur le serveur en attente de connexion ( méthode accept() ). La Socket tente de se connecter sur le serveur distant. Connexion établie, le ServerSocket génère une Socket pour communiquer avec le client. La connexion établie, le système Client et Serveur établit un canal de communication par flux à partir de leur Sockets pour échanger des données. Après fin des échanges, l'un des interlocuteurs clôt le canal de communication. 10

6 Les Sockets (connecteurs réseau) Constructeurs: public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException; public ServerSocket(int port) throws IOException; Méthodes: host (String) : nom de la machine vers laquelle la socket est créée. addresse (InetAddress) : adresse IP de la machine vers laquelle la socket est créée. port (int) : numéro du port sur lequel la socket est créée. localaddr (InetAddress) : adresse IP locale à la quelle la socket est associée. localport (int) : numéro du port local auquel la socket est associée. public void close() throws IOException : ferme la socket. 11 Les Sockets (connecteurs réseau) public inputstream getinputstream() throws IOException : retourne le flux d'entrée associé à la socket. public OutputStream getoutputstream() throws IOException : retourne le flux de sortie associé à la socket. public void close() throws IOException : ferme la ServerSocket. public Socket accept() throws IOException : place le ServerSocket en attente de requête d'ouverture de socket. Cette attente est bloquante. Une socket est automatiquement générée et retournée lors de cette requête. 12

7 Les Sockets (connecteurs réseau) Réaliser un Client TCP en Java : ouverture d une socket(new socket(host,port)), ouverture d un flot d entrée et de sortie sur la socket(in = new BufferReader(...)) out = new PrinterWritter(...) lecture et écriture sur les flots en accord avec les protocoles du serveur in.readline(...), out.println(...), fermeture des flots: in.close(), out.close(), fermeture de la socket : socket.close(); 13 Les Sockets (connecteurs réseau) Réaliser un Serveur TCP avec la classe java.net.serversocket : ouverture d une socket serveur, attente de connexion et ouverture d une socket client, ouverture d un flot d entrée et de sortie sur la socket client, lecture et écriture sur les flots en accord avec les protocoles du client (présenté précédemment), fermeture des flots, fermeture de la socket serveur et de la socket client. 14

8 Serveur d'heure TCP import java.net.*; import java.io.*; import java.util.*; class serveurheure { // Retourne au client la date et l'heure public static void main(string args[]) { // Installer le serveur sur un port ServerSocket sks = new ServerSocket(8181); System.out.println("Serveur en attente"); // Tourne en attente de connexion Socket sk = sks.accept(); System.out.println(sk.toString()); DataOutputStream out = new DataOutputStream(sk.getOutputStream()); out.writebytes(new Date()+"\n"); // ecr. date et heure sk.close(); >java serveurheure sks.close(); Serveur en attente catch (IOException e) { Socket[addr=/ ,port=49409,localport=8181] System.out.println(e.getMessage()); 15 Le Client TCP // Client cherchant l'heure sur le serveur import java.io.*; import java.net.*; public class ClientTCPHeure { >java ClientTCPHeure Wed Nov 25 08:58:32 CET 2013 > public static void main(string args[]) { String ligne = ""; // Etablir une connexion TCP sur un port Socket sk = new Socket("localhost",8181); // Le flux d'entrée pour recevoir le message serveur BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(sk.getInputStream())); // Lire le flux d'entrée while ((ligne = is.readline())!= null) System.out.println(ligne); // message du serveur catch (Exception e) { System.err.println(e.getMessage()); 16

9 Le client TCP émet un message import java.net.*; import java.io.*; public class ClientTCP { Socket sock = null; public ClientTCP(String host, int port, String data) { // Connexion sur le port du serveur sock = new Socket(host, port); // Définir le flux de sortie PrintStream output = new PrintStream(sock.getOutputStream()); output.println(data); // Envoi des données sock.close(); catch(ioexception e) { public static void main(string[] args) { ClientTCP client = new ClientTCP(" ",1500,"Bonjour!"); 17 Serveur TCP traite le message import java.net.*; import java.io.*; public class ServeurTCP { int port = 1500; // Port de connexion ServerSocket SkS; // La socket serveur Socket SkC; // La socket client BufferedReader input; // Lecteur du flux d'entrée String message; public ServeurTCP() { // Constructeur de la classe // La socket serveur est installée sur le port 1500 SkS = new ServerSocket(port); System.out.println("Serveur sur port: " + SkS.getLocalPort()); // Serveur en attente infinie: (1) connexion d'un client, (2) réception de messages, (3) fermeture de la connexion par le client 18

10 Les Sockets (connecteurs réseaux) while(true) { // Connexion acceptée SkC = SkS.accept(); System.out.println("Connexion acceptée: "+SkC.getInetAddress()); // Instancier le lecteur du flux d'entrée input = new BufferedReader(new InputStreamReader(SkC.getInputStream())); // Réception et affichage des messages du client while(true) { // lecture en boucle des lignes envoyées par le client message = input.readline(); if (message == null) break; // Sortie de la boucle System.out.println(message); // Affiche le message client catch (IOException e) { System.err.println(e.getMessage()); 19 Les Sockets (connecteurs réseaux) // Fermeture de la connexion par le client SkC.close(); System.out.println("TCP Serveur STOP!"); break; catch (IOException e) { System.err.println(e); catch (IOException e) { System.err.println(e); // Application principale avec appel du constructeur public static void main(string[] args) { new ServeurTCP(); 20

11 Les Sockets (connecteurs réseaux) Le côté client: Le côté serveur: 21 Le format d'une requête HTTP 1.0 Une requête est une ligne de trois éléments séparés par un espace: 'Méthode' 'URL' 'Protocole' La méthode (GET, POST, ) L'URL (Uniform Resource Locator) du fichier demandé La version du protocole utilisé par le client (HTTP/1.0) Les champs d'en tête de la requête: lignes facultatives permettant de donner des informations sur la requête et/ou le client (Navigateur, système d'exploitation,...). Le corps de la requête: lignes optionnelles séparées une ligne vide et permettant un envoi de données par une commande POST lors de l'envoi de données par un formulaire. 22

12 Serveur HTTPD (1) import java.net.*; import java.io.*; import java.util.*; public class monohttpd { // Le serveur traite une seule connexion à la fois public static void main(string[] argv) throws IOException { ServerSocket ss = new ServerSocket(1234); // Installation du serveur sur un port System.out.println("Serveur HTTP sur le port 1234"); // Message du côté du Serveur Socket sock = ss.accept(); // ça boucle en attente de requête // Formater la sortie OutputStream out = sock.getoutputstream(); // Lecture de la requête String req = (new BufferedReader(new InputStreamReader(sock.getInputStream()))).readLine(); System.out.println("Requête: " + req); // Traitement de la requête "GET /index.html HTTP/1.1" String str[] = req.split(" "); // Décompose 'req' par le délimiteur " " et charge en éléments de tableau 23 Serveur HTTPD (2) if (str[0].equals("get")) { // Vérifier si la requête démarre par "GET" req = str[1].substring(1); // On enlève '/' devant le nom du fichier FileInputStream fis = new FileInputStream(req); // Ouvrir le fichier demandé byte[] data = new byte[fis.available()]; // available() retourne le nombre de bytes à lire fis.read(data); // Lire les données du fichier dans le tableau de bytes out.write(data); // Envoyer les données au client catch ( FileNotFoundException e ) { new PrintStream(out).println("404 Not Found"); else { new PrintStream(out).println("400 Bad Request"); sock.close(); catch ( IOException e ) { System.out.println("I/O error " + e.getmessage()); 24

13 Le côté Serveur Serveur HTTPD La page 'index.html' Le fichier 'index.html' 25 Partie XIV Programmation en Java par Socket en TCP et Threads 26

14 Threads et processus Un thread est une portion de code capable de s'exécuter en parallèle à d'autres traitements. Un thread n'est pas un processus. Les threads partagent la même mémoire contrairement aux processus. Les threads sont utiles pour: faire des traitements en tâche de fond; exécuter plusieurs instances d'un même code pour accélérer le traitement; autoriser plusieurs connexions simultanées sur un serveur HTTP ou un chat; les threads s'exécutent en temps partagé. 27 Les Threads Java Lorsqu'un programme est exécuté sur un système multitâche, l'os crée un processus dédié, disposant de certaine ressources (mémoire,...). Un thread est une unité d'exécution plus "petite" qu'un processus. Les threads issus d'un même processus partagent le même espace mémoire chacun doté d'une certaine priorité. Un système multiprocesseur peut exécuter les threads d'un programme simultanément, un sur chaque processeur. On utilise les threads pour améliorer la réactivité d'un système: pour traiter séparément une connexion réseau et un calcul en mémoire ou pour améliorer la réactivité d'une interface graphique. 28

15 Cycle de vie des Threads Java Un thread peut être dans un des cinq états suivants: création : le thread vient d'être créé, mais il n'a pas encore été exécuté; exécutable : le thread est candidat à l'exécution, il attend que le système lui alloue le processeur pendant une certaine durée, appelée quantum de temps; en cours d'exécution : le thread est en cours d'exécution par le processeur (sur un système monoprocesseur, un seul thread peut se trouver dans cet état); bloqué : le thread a provoqué une opération bloquante ou s'est "endormi" volontairement pour une certaine durée; détruit : le thread a fini son exécution ou a été arrêté par un autre thread. 29 Cycle de vie des Threads Java 30

16 Manipulation des threads en Java Un thread est un objet en Java. 1. Pour utiliser des threads dans un programme, il suffit d'hériter de la classe Thread et de redéfinir la méthode run() La méthode run() est automatiquement appelée au moment où le thread est démarré. 2. On peut procéder aussi par l'implémentation de l'interface Runnable et instancier un objet Thread avec l'implémentation de cette interface. 31 Manipulation des threads en Java Pour tester les threads on peut créer une classe gérant un constructeur et un String en paramètre pour spécifier le nom du thread. La classe comprend la méthode getname() pour retourner ce nom du thread en cours. La classe Thread se trouvant dans le package java.lang, alors aucune instruction import n'est nécessaire. Java utilise un ordonnanceur qui détermine l'ordre d'exécution, qui s'avère souvent aléatoire. Lorsque l'ordonnanceur passe d'un thread à un autre, le thread interrompu est mis en sommeil tandis que l'autre est en éveil 32

17 Manipulation des threads en Java L'ordre d'exécution est souvent aléatoire 33 TCP en plusieurs clients 34

18 TCP en plusieurs clients 35 TCP en plusieurs clients 36

19 Serveur HTTPD multithread import java.net.*; import java.io.*; import java.util.*; public class TinyHttpd { public static void main(string argv[]) { // Instancier le serveur sur un port ServerSocket ss = new ServerSocket(4141); System.out.println("HTTPD lancé sur port 4141"); while(true) // 'ss.accept()' est en attente de connexion new TinyHttpdConnection(ss.accept()); // S'il y a connexion on instancie un thread catch (IOException e) { System.err.println(e.getMessage()); 37 Serveur HTTPD multithread class TinyHttpdConnection extends Thread { // attribut de la classe Socket sock; // Constructeur de Thread public TinyHttpdConnection(Socket s) { this.sock = s; setpriority( NORM_PRIORITY 1 ); // Nouveau thread est créé this.start(); HTTPD lancé sur port 4141 Thread 0 Request: GET /filegroupeetudiants.html HTTP/1.1 38

20 Serveur HTTPD multithread // méthode qui lance le thread public void run() { // affiche le nom du thread lancé System.out.println(this.getName()); // flux de sortie vers le client OutputStream out = sock.getoutputstream(); // récupère la requête String req = (new BufferedReader(new InputStreamReader(sock.getInputStream()))).readLine(); System.out.println("Request: "+req); // décompose la requête StringTokenizer st = new StringTokenizer( req ); if ( (st.counttokens() >= 2) && st.nexttoken().equals("get") ) { if ( (req = st.nexttoken()).startswith("/") ) req = req.substring( 1 ); if ( req.endswith("/") req.equals("") ) req = req + "index.html"; 39 Serveur HTTPD multithread // ouverture du fichier FileInputStream fis = new FileInputStream(req); // coder le contenue en byte byte[] data = new byte[fis.available()]; // lecture du fichier fis.read(data); // Envoi sur le réseau vers le client out.write(data); catch(filenotfoundexception e) { new PrintStream(out).println("404 Not Found"); else new PrintStream(out).println("400 Bad Request"); sock.close(); catch (IOException e) { System.out.println("I/O error " + e); 40