网络编程两有趣实例：质数判别和猜数字游戏

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质数判别示例

该示例实现的功能是质数判断，程序实现的功能为客户端程序接收用户输入的数字，然后将用户输入的内容发送给服务器端，服务器端判断客户端发送的数字是否是质数，并将判断的结果反馈给客户端，客户端根据服务器端的反馈显示判断结果。

质数的规则是：最小的质数是2，只能被1和自身整除的自然数。当用户输入小于2的数字，以及输入的内容不是自然数时，都属于非法输入。

网络程序的功能都分为客户端程序和服务器端程序实现，下面先描述一下每个程序分别实现的功能：

1、
客户端程序功能：
a)
接收用户控制台输入
b)
判断输入内容是否合法
c)
按照协议格式生成发送数据
d)
发送数据
e)
接收服务器端反馈
f)
解析服务器端反馈信息，并输出
2、
服务器端程序功能：
a)
接收客户端发送数据
b)
按照协议格式解析数据
c)
判断数字是否是质数
d)
根据判断结果，生成协议数据
e)
将数据反馈给客户端
分解好了网络程序的功能以后，就可以设计网络协议格式了，如果该程序的功能比较简单，所以设计出的协议格式也不复杂。
客户端发送协议格式：
将用户输入的数字转换为字符串，再将字符串转换为byte数组即可。
例如用户输入16，则转换为字符串“16”，使用getBytes转换为byte数组。
客户端发送“quit”字符串代表结束连接
服务器端发送协议格式：
反馈数据长度为1个字节。数字0代表是质数，1代表不是质数，2代表协议格式错误。
例如客户端发送数字12，则反馈1，发送13则反馈0，发送0则反馈2。
功能设计完成以后，就可以分别进行客户端和服务器端程序的编写了，在编写完成以后联合起来进行调试即可。

下面分别以TCP方式和UDP方式实现该程序，注意其实现上的差异。不管使用哪种方式实现，客户端都可以多次输入数据进行判断。对于UDP方式来说，不需要向服务器端发送quit字符串。

以TCP方式实现的客户端程序代码如下：

package example1;

import java.io.*;
import java.net.*;
/**
*
以TCP方式实现的质数判断客户端程序
*/
public class TCPPrimeClient {
static BufferedReader br;
static Socket socket;
static InputStream is;
static OutputStream os;
/**服务器IP*/
final static String HOST = "127.0.0.1";
/**服务器端端口*/
final static int PORT = 10005;

public static void main(String[] args) {
init(); //初始化
while(true){
System.out.println("请输入数字：");
String input = readInput(); //读取输入
if(isQuit(input)){ //判读是否结束
byte[] b = "quit".getBytes();
send(b);
break; //结束程序
}
if(checkInput(input)){ //校验合法
//发送数据
send(input.getBytes());
//接收数据
byte[] data = receive();
//解析反馈数据
parse(data);
}else{
System.out.println("输入不合法，请重新输入！");
}
}
close(); //关闭流和连接
}

/**
*
初始化
*/
private static void init(){
try {
br = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));
socket = new Socket(HOST,PORT);
is = socket.getInputStream();
os = socket.getOutputStream();
} catch (Exception e) {}
}

/**
*
读取客户端输入
*/
private static String readInput(){
try {
return br.readLine();
} catch (Exception e) {
return null;
}
}

/**
*
判断是否输入quit
* @param input
输入内容
* @return true代表结束，false代表不结束
*/
private static boolean isQuit(String input){
if(input == null){
return false;
}else{
if("quit".equalsIgnoreCase(input)){
return true;
}else{
return false;
}
}
}

/**
*
校验输入
* @param input
用户输入内容
* @return true代表输入符合要求，false代表不符合
*/
private static boolean checkInput(String input){
if(input == null){
return false;
}
try{
int n = Integer.parseInt(input);
if(n >= 2){
return true;
}else{
return false;
}
}catch(Exception e){
return false; //输入不是整数
}
}

/**
*
向服务器端发送数据
* @param data
数据内容
*/
private static void send(byte[] data){
try{
os.write(data);
}catch(Exception e){}
}

/**
*
接收服务器端反馈
* @return
反馈数据
*/
private static byte[] receive(){
byte[] b = new byte[1024];
try {
int n = is.read(b);
byte[] data = new byte
;
//复制有效数据
System.arraycopy(b, 0, data, 0, n);
return data;
} catch (Exception e){}
return null;
}

/**
*
解析协议数据
* @param data
协议数据
*/
private static void parse(byte[] data){
if(data == null){
System.out.println("服务器端反馈数据不正确！");
return;
}
byte value = data[0]; //取第一个byte
//按照协议格式解析
switch(value){
case 0:
System.out.println("质数");
break;
case 1:
System.out.println("不是质数");
break;
case 2:
System.out.println("协议格式错误");
break;
}
}

/**
*
关闭流和连接
*/
private static void close(){
try{
br.close();
is.close();
os.close();
socket.close();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
在该代码中，将程序的功能使用方法进行组织，使得结构比较清晰，核心的逻辑流程在main方法中实现。

以TCP方式实现的服务器端的代码如下：

package example1;

import java.net.*;
/**
*
以TCP方式实现的质数判别服务器端
*/
public class TCPPrimeServer {
public static void main(String[] args) {
final int PORT = 10005;
ServerSocket ss = null;
try {
ss = new ServerSocket(PORT);
System.out.println("服务器端已启动：");
while(true){
Socket s = ss.accept();
new PrimeLogicThread(s);
}
} catch (Exception e) {}
finally{
try {
ss.close();
} catch (Exception e2) {}
}

}
}
package example1;
import java.io.*;
import java.net.*;
/**
*
实现质数判别逻辑的线程
*/
public class PrimeLogicThread extends Thread {
Socket socket;
InputStream is;
OutputStream os;

public PrimeLogicThread(Socket socket){
this.socket = socket;
init();
start();
}
/**
*
初始化
*/
private void init(){
try{
is = socket.getInputStream();
os = socket.getOutputStream();
}catch(Exception e){}
}

public void run(){
while(true){
//接收客户端反馈
byte[] data = receive();
//判断是否是退出
if(isQuit(data)){
break; //结束循环
}
//逻辑处理
byte[] b = logic(data);
//反馈数据
send(b);
}
close();
}

/**
*
接收客户端数据
* @return
客户端发送的数据
*/
private byte[] receive(){
byte[] b = new byte[1024];
try {
int n = is.read(b);
byte[] data = new byte
;
//复制有效数据
System.arraycopy(b, 0, data, 0, n);
return data;
} catch (Exception e){}
return null;
}

/**
*
向客户端发送数据
* @param data
数据内容
*/
private void send(byte[] data){
try{
os.write(data);
}catch(Exception e){}
}

/**
*
判断是否是quit
* @return
是返回true，否则返回false
*/
private boolean isQuit(byte[] data){
if(data == null){
return false;
}else{
String s = new String(data);
if(s.equalsIgnoreCase("quit")){
return true;
}else{
return false;
}
}
}

private byte[] logic(byte[] data){
//反馈数组
byte[] b = new byte[1];
//校验参数
if(data == null){
b[0] = 2;
return b;
}
try{
//转换为数字
String s = new String(data);
int n = Integer.parseInt(s);
//判断是否是质数
if(n >= 2){
boolean flag = isPrime(n);
if(flag){
b[0] = 0;
}else{
b[0] = 1;
}
}else{
b[0] = 2; //格式错误
System.out.println(n);
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
b[0] = 2;
}
return b;
}

/**
*

* @param n
* @return
*/
private boolean isPrime(int n){
boolean b = true;
for(int i = 2;i <= Math.sqrt(n);i++){
if(n % i == 0){
b = false;
break;
}
}
return b;
}

/**
*
关闭连接
*/
private void close(){
try {
is.close();
os.close();
socket.close();
} catch (Exception e){}
}
}
本示例使用的服务器端的结构和前面示例中的结构一致，只是逻辑线程的实现相对来说要复杂一些，在线程类中的logic方法中实现了服务器端逻辑，根据客户端发送过来的数据，判断是否是质数，然后根据判断结果按照协议格式要求，生成客户端反馈数据，实现服务器端要求的功能。

猜数字小游戏
下面这个示例是一个猜数字的控制台小游戏。该游戏的规则是：当客户端第一次连接到服务器端时，服务器端生产一个【0，50】之间的随机数字，然后客户端输入数字来猜该数字，每次客户端输入数字以后，发送给服务器端，服务器端判断该客户端发送的数字和随机数字的关系，并反馈比较结果，客户端总共有5次猜的机会，猜中时提示猜中，当输入”quit”时结束程序。

和 前面的示例类似，在进行网络程序开发时，首先需要分解一下功能的实现，觉得功能是在客户端程序中实现还是在服务器端程序中实现。区分的规则一般是：客户端 程序实现接收用户输入等界面功能，并实现一些基础的校验降低服务器端的压力，而将程序核心的逻辑以及数据存储等功能放在服务器端进行实现。遵循该原则划分
的客户端和服务器端功能如下所示。

客户端程序功能列表：

1、
接收用户控制台输入
2、
判断输入内容是否合法
3、
按照协议格式发送数据
4、
根据服务器端的反馈给出相应提示
服务器端程序功能列表：

1、
接收客户端发送数据
2、
按照协议格式解析数据
3、
判断发送过来的数字和随机数字的关系
4、
根据判断结果生产协议数据
5、
将生产的数据反馈给客户端
在该示例中，实际使用的网络命令也只有两条，所以显得协议的格式比较简单。

其中客户端程序协议格式如下：

1、
将用户输入的数字转换为字符串，然后转换为byte数组
2、
发送“quit”字符串代表退出
其中服务器端程序协议格式如下：

1、
反馈长度为1个字节，数字0代表相等(猜中)，1代表大了，2代表小了，其它数字代表错误。
实现该程序的代码比较多，下面分为客户端程序实现和服务器端程序实现分别进行列举。

客户端程序实现代码如下：

package guess;

import java.net.*;
import java.io.*;
/**
*
猜数字客户端
*/
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) {
Socket socket = null;
OutputStream os = null;
InputStream is = null;
BufferedReader br = null;
byte[] data = new byte[2];
try{
//建立连接
socket = new Socket(
"127.0.0.1",10001);

//发送数据
os= socket.getOutputStream();

//读取反馈数据
is = socket.getInputStream();

//键盘输入流
br = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));

//多次输入
while(true){
System.out.println("请输入数字：");
//接收输入
String s = br.readLine();
//结束条件
if(s.equals("quit")){
os.write("quit".getBytes());
break;
}
//校验输入是否合法
boolean b = true;
try{
Integer.parseInt(s);
}catch(Exception e){
b = false;
}
if(b){ //输入合法
//发送数据
os.write(s.getBytes());
//接收反馈
is.read(data);
//判断
switch(data[0]){
case 0:
System.out.println("相等！祝贺你！");
break;
case 1:
System.out.println("大了！");
break;
case 2:
System.out.println("小了！");
break;
default:
System.out.println("其它错误！");
}
//提示猜的次数
System.out.println("你已经猜了" + data[1] + "次！");
//判断次数是否达到5次
if(data[1] >= 5){
System.out.println("你挂了！");
//给服务器端线程关闭的机会
os.write("quit".getBytes());
//结束客户端程序
break;
}
}else{ //输入错误
System.out.println("输入错误！");
}
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
try{
//关闭连接
br.close();
is.close();
os.close();
socket.close();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}

在该示例中，首先建立一个到IP地址为127.0.0.1的端口为10001的连接，然后进行各个流的初始化工作，将逻辑控制的代码放入在一个while循环中，这样可以在客户端多次进行输入。在循环内部，首先判断用户输入的是否为quit字符串，如果是则结束程序，如果输入不是quit，则首先校验输入的是否是数字，如果不是数字则直接输出“输入错误！”并继续接收用户输入，如果是数字则发送给服务器端，并根据服务器端的反馈显示相应的提示信息。最后关闭流和连接，结束客户端程序。

服务器端程序的实现还是分为服务器控制程序和逻辑线程，实现的代码分别如下：

package guess;

import java.net.*;
/**
* TCP连接方式的服务器端
*
实现功能：接收客户端的数据，判断数字关系
*/
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) {
try{
//监听端口
ServerSocket ss = new ServerSocket(10001);
System.out.println("服务器已启动：");
//逻辑处理
while(true){
//获得连接
Socket s = ss.accept();

//启动线程处理
new LogicThread(s);
}

}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}

package guess;

import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
/**
*
逻辑处理线程
*/
public class LogicThread extends Thread {
Socket s;

static Random r = new Random();

public LogicThread(Socket s){
this.s = s;
start(); //启动线程
}

public void run(){

//生成一个[0，50]的随机数
int randomNumber = Math.abs(r.nextInt() % 51);
//用户猜的次数
int guessNumber = 0;
InputStream is = null;
OutputStream os = null;
byte[] data = new byte[2];
try{
//获得输入流
is = s.getInputStream();
//获得输出流
os = s.getOutputStream();
while(true){ //多次处理
//读取客户端发送的数据
byte[] b = new byte[1024];
int n = is.read(b);
String send = new String(b,0,n);
//结束判别
if(send.equals("quit")){
break;
}
//解析、判断
try{
int num = Integer.parseInt(send);
//处理
guessNumber++; //猜的次数增加1
data[1] = (byte)guessNumber;
//判断
if(num > randomNumber){
data[0] = 1;
}else if(num < randomNumber){
data[0] = 2;
}else{
data[0] = 0;
//如果猜对
guessNumber = 0; //清零
randomNumber = Math.abs(r.nextInt() % 51);
}
//反馈给客户端
os.write(data);

}catch(Exception e){ //数据格式错误
data[0] = 3;
data[1] = (byte)guessNumber;
os.write(data); //发送错误标识
break;
}
os.flush(); //强制发送
}

}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
try{
is.close();
os.close();
s.close();
}catch(Exception e){}
}
}
}
在 该示例中，服务器端控制部分和前面的示例中一样。也是等待客户端连接，如果有客户端连接到达时，则启动新的线程去处理客户端连接。在逻辑线程中实现程序的 核心逻辑，首先当线程执行时生产一个随机数字，然后根据客户端发送过来的数据，判断客户端发送数字和随机数字的关系，然后反馈相应的数字的值，并记忆客户
端已经猜过的次数，当客户端猜中以后清零猜过的次数，使得客户端程序可以继续进行游戏。