70.JAVA编程思想——Web应用

70.JAVA编程思想——Web应用
创建一个应用，令其在真实的Web 环境中运行，它将把Java 的优势表现得淋漓尽致。这个应用的一部分是在Web 服务器上运行的一个Java 程序，另一部分则是一个“程序片”或“小应用程序”（Applet），从服务器下载至浏览器（即“客户”）。这个程序片从用户那里收集信息，并将其传回Web 服务器上运行的应用程序。程序的任务非常简单：程序片会询问用户的E-mail 地址，并在验证这个地址合格后（没有包含空格，而且有一个@符号），将该E-mail 发送给Web服务器。服务器上运行的程序则会捕获传回的数据，检查一个包含了所有E-mail
地址的数据文件。如果那个地址已包含在文件里，则向浏览器反馈一条消息，说明这一情况。该消息由程序片负责显示。若是一个新地址，则将其置入列表，并通知程序片已成功添加了电子函件地址。

若采用传统方式来解决这个问题，我们要创建一个包含了文本字段及一个“提交”（Submit）按钮的HTML页。用户可在文本字段里键入自己喜欢的任何内容，并毫无阻碍地提交给服务器（在客户端不进行任何检查）。提交数据的同时，Web 页也会告诉服务器应对数据采取什么样的操作——知会“通用网关接口”（CGI）程序，收到这些数据后立即运行服务器。这种CGI 程序通常是用Perl 或C 写的（有时也用C++，但要求服务器支持），而且必须能控制一切可能出现的情况。

它首先会检查数据，判断是否采用了正确的格式。若答案是否定的，则CGI 程序必须创建一个HTML 页，对遇到的问题进行描述。这个页会转交给服务器，再由服务器反馈回用户。用户看到出错提示后，必须再试一遍提交，直到通过为止。若数据正确，CGI 程序会打开数据文件，要么把电子函件地址加入文件，要么指出该地址已在数据文件里了。无论哪种情况，都必须格式化一个恰当的HTML 页，以便服务器返回给用户。

作为Java 程序员，上述解决问题的方法显得非常笨拙。而且很自然地，我们希望一切工作都用Java完成。首先，我们会用一个Java 程序片负责客户端的数据有效性校验，避免数据在服务器和客户之间传来传去，浪费时间和带宽，同时减轻服务器额外构建HTML 页的负担。然后跳过Perl CGI 脚本，换成在服务器上运行一个Java 应用。事实上，我们在这儿已完全跳过了Web 服务器，仅仅需要从程序片到服务器上运行的Java 应用之间建立一个连接即可。

尽管看起来非常简单，但实际上有一些意想不到的问题使局面显得稍微有些复杂。用Java 1.1 写程序片是最理想的，但实际上却经常行不通。尽可能减少.class 文件的使用数量，以缩短下载时间。

本次实现的Web 服务器确实支持Java，但仅限于Java1.0！所以服务器应用也必须用Java 1.0 编写。

1     服务器应用

服务器应用（程序）的问题，我把它叫作NameCollecor（名字收集器）。假如多名用户同时尝试提交他们的E-mail 地址，那么会发生什么情况呢？若NameCollector 使用TCP/IP 套接字，那么必须运用早先介绍的多线程机制来实现对多个客户的并发控制。但所有这些线程都试图把数据写到同一个文件里，其中保存了所有E-mail 地址。这便要求我们设立一种锁定机制，保证多个线程不会同时访问那个文件。一个“信号机”可在这里帮助我们达到目的，但或许还有一种更简单的方式。

如果我们换用数据报，就不必使用多线程了。用单个数据报即可“侦听”进入的所有数据报。一旦监视到有进入的消息，程序就会进行适当的处理，并将答复数据作为一个数据报传回原先发出请求的那名接收者。若数据报半路上丢失了，则用户会注意到没有答复数据传回，所以可以重新提交请求。

服务器应用收到一个数据报，并对它进行解读的时候，必须提取出其中的电子函件地址，并检查本机保存的数据文件，看看里面是否已经包含了那个地址（如果没有，则添加之）。所以我们现在遇到了一个新的问题。Java 1.0 似乎没有足够的能力来方便地处理包含了电子函件地址的文件（Java1.1 则不然）。但是，用C 轻易就可以解决这个问题。因此，我们在这儿有机会学习将一个非Java 程序同Java 程序连接的最简便方式。程序使用的Runtime 对象包含了一个名为exec()的方法，它会独立机器上一个独立的程序，并返回一个Process（进程）对象。我们可以取得一个OutputStream，它同这个单独程序的标准输入连接在一起；并取得一个InputStream，它则同标准输出连接到一起。要做的全部事情就是用任何语言写一个程序，只要它能从标准输入中取得自己的输入数据，并将输出结果写入标准输出即可。如果有些问题不能用Java
简便与快速地解决（或者想利用原有代码，不想改写），就可以考虑采用这种方法。亦可使用Java 的“固有方法”（Native Method ），但那要求更多的技巧。

1.1     C 程序

这个非Java 应用是用C 写成，因为Java不适合作CGI 编程；起码启动的时间不能让人满意。它的任务是管理电子函件（E-mail）地址的一个列表。标准输入会接受一个E-mail 地址，程序会检查列表中的名字，判断是否存在那个地址。若不存在，就将其加入，并报告操作成功。但假如名字已在列表里了，就需要指出这一点，避免重复加入。大家不必担心自己不能完全理解下列代码的含义。它仅仅是一个演示程序，告诉你如何用其他语言写一个程序，并从Java 中调用它。在这里具体采用何种语言并不重要，只要能够从标准输入中读取数据，并能写入标准输出即可。

1.1.1       C代码

#include
<stdio.h>

#include
<stdlib.h>

#include
<string.h>

#define BSIZE 250

int alreadyInList(FILE* list,
char* name) {

    char lbuf[BSIZE];

// Go to the beginning of the list:

    fseek(list, 0, SEEK_SET);

// Read each line in the list:

    while (fgets(lbuf, BSIZE, list)) {

// Strip off the newline:

        char * newline = strchr(lbuf,
'\n');

        if (newline != 0)

            *newline =
'\0';

        if (strcmp(lbuf, name) == 0)

            return 1;

    }

    return 0;

}

int main() {

    char buf[BSIZE];

    FILE* list = fopen("emlist.txt",
"a+t");

    if (list == 0) {

        perror("could not open emlist.txt");

        exit(1);

    }

    while (1) {

        gets(buf); /* From
stdin */

        if (alreadyInList(list, buf)) {

            printf("Already in list: %s", buf);

            fflush(stdout);

        } else {

            fseek(list, 0, SEEK_END);

            fprintf(list,
"%s\n",buf);

            fflush(list);

            printf("%s added to list", buf);

            fflush(stdout);

        }

    }

}///:~

文件中的第一个函数检查我们作为第二个参数（指向一个char 的指针）传递给它的名字是否已在文件中。在这儿，我们将文件作为一个FILE 指针传递，它指向一个已打开的文件（文件是在main()中打开的）。函数fseek()在文件中遍历；我们在这儿用它移至文件开头。fgets()从文件list 中读入一行内容，并将其置入缓冲区lbuf——不会超过规定的缓冲区长度BSIZE。所有这些工作都在一个while 循环中进行，所以文件中的每一行都会读入。接下来，用strchr()
找到新行字符，以便将其删掉。最后，用strcmp()比较我们传递给函数的名字与文件中的当前行。若找到一致的内容，strcmp()会返回0。函数随后会退出，并返回一个1，指出该名字已经在文件里了（注意这个函数找到相符内容后会立即返回，不会把时间浪费在检查列表剩余内容的上面）。如果找遍列表都没有发现相符的内容，则函数返回0。

在main()中，我们用fopen()打开文件。第一个参数是文件名，第二个是打开文件的方式；a+表示“追加”，以及“打开”（或“创建”，假若文件尚不存在），以便到文件的末尾进行更新。fopen()函数返回的是一个FILE 指针；若为0，表示打开操作失败。此时需要用perror()打印一条出错提示消息，并用exit()中止程序运行。

如果文件成功打开，程序就会进入一个无限循环。调用gets(buf)的函数会从标准输入中取出一行（记住标准输入会与Java 程序连接到一起），并将其置入缓冲区buf 中。缓冲区的内容随后会简单地传递给alreadyInList()函数，如内容已在列表中，printf()就会将那条消息发给标准输出（Java 程序正在监视它）。fflush()用于对输出缓冲区进行刷新。

如果名字不在列表中，就用fseek()移到列表末尾，并用fprintf()将名字“打印”到列表末尾。随后，用printf()指出名字已成功加入列表（同样需要刷新标准输出），无限循环返回，继续等候一个新名字的进入。

记住一般不能先在自己的计算机上编译此程序，再把编译好的内容上载到Web 服务器，因为那台机器使用的可能是不同类的处理器和操作系统。例如，我的Web 服务器安装的是Intel 的CPU，但操作系统是Linux，所以必须先下载源码，再用远程命令（通过telnet）指挥Linux 自带的C 编译器，令其在服务器端编译好程序。

1.1.2       JAVA程序

这个程序先启动上述的C 程序，再建立必要的连接，以便同它“交谈”。随后，它创建一个数据报套接字，用它“监视”或者“侦听”来自程序片的数据报包。

import java.net.*;

import java.io.*;

import
java.util.*;

public
class NameCollector {

    final
staticintCOLLECTOR_PORT = 8080;

    final
staticintBUFFER_SIZE = 1000;

    byte[]
buf= newbyte[BUFFER_SIZE];

    DatagramPacket dp =
new DatagramPacket(buf,
buf.length);

    // Can listen& send on the same socket:

    DatagramSocket socket;

    Process listmgr;

    PrintStream nameList;

    DataInputStream addResult;

 

    public NameCollector() {

        try {

            listmgr = Runtime.getRuntime().exec("listmgr.exe");

            nameList =
new PrintStream(new BufferedOutputStream(listmgr.getOutputStream()));

            addResult =
new DataInputStream(new BufferedInputStream(listmgr.getInputStream()));

        } catch (IOException
e) {

            System.err.println("Cannot start listmgr.exe");

            System.exit(1);

        }

        try {

            socket =
new DatagramSocket(COLLECTOR_PORT);

            System.out.println("NameCollector Server started");

            while (true) {

                // Block until a
datagram appears:

                socket.receive(dp);

                String
rcvd = new String(dp.getData(), 0, 0,
dp.getLength());

                // Send to listmgr.exe standard input:

                nameList.println(rcvd.trim());

                nameList.flush();

                byte[]
resultBuf = newbyte[BUFFER_SIZE];

                int
byteCount = addResult.read(resultBuf);

                if (byteCount != -1) {

                    String
result = new String(resultBuf,0).trim();

                    // Extract the address and port from

                    // the received
datagram to find out

                    // where to send the reply:

                    InetAddress
senderAddress = dp.getAddress();

                    int
senderPort = dp.getPort();

                    byte[]
echoBuf = newbyte[BUFFER_SIZE];

                    result.getBytes(0,
byteCount,echoBuf,0);

                    DatagramPacket
echo = new DatagramPacket(echoBuf,
echoBuf.length,
senderAddress, senderPort);

                    socket.send(echo);

                } else

                    System.out.println("Unexpected lack of result from " +
"listmgr.exe");

            }

        } catch (SocketException
e) {

            System.err.println("Can't open socket");

            System.exit(1);

        } catch (IOException
e) {

            System.err.println("Communication error");

            e.printStackTrace();

        }

    }

 

    public
staticvoidmain(String[]
args){

        new NameCollector();

    }

} /// :~

NameCollector 中的第一个定义应该是大家所熟悉的：选定端口，创建一个数据报包，然后创建指向一个DatagramSocket 的句柄。接下来的三个定义负责与C 程序的连接：一个Process 对象是C 程序由Java 程序启动之后返回的，而且那个Process 对象产生了InputStream 和OutputStream，分别代表C 程序的标准输出和标准输入。和Java IO 一样，它们理所当然地需要“封装”起来，所以我们最后得到的是一个PrintStream和DataInputStream。

这个程序的所有工作都是在构建器内进行的。为启动C 程序，需要取得当前的Runtime 对象。我们用它调用exec()，再由后者返回Process 对象。在Process 对象中，大家可看到通过一简单的调用即可生成数据流：getOutputStream()和getInputStream()。从这个时候开始，我们需要考虑的全部事情就是将数据传给数据流nameList ，并从addResult 中取得结果。

和往常一样，我们将DatagramSocket 同一个端口连接到一起。在无限while 循环中，程序会调用receive()——除非一个数据报到来，否则receive()会一起处于“堵塞”状态。数据报出现以后，它的内容会提取到Stringrcvd 里。我们首先将该字串两头的空格剔除（trim），再将其发给C 程序。如下所示：

nameList.println(rcvd.trim());

之所以能这样编码，是因为Java 的exec()允许我们访问任何可执行模块，只要它能从标准输入中读，并能向标准输出中写。还有另一些方式可与非Java 代码“交谈”，这将在附录A 中讨论。

从C 程序中捕获结果就显得稍微麻烦一些。我们必须调用read()，并提供一个缓冲区，以便保存结果。read()的返回值是来自C 程序的字节数。若这个值为-1，意味着某个地方出现了问题。否则，我们就将resultBuf（结果缓冲区）转换成一个字串，然后同样清除多余的空格。随后，这个字串会象往常一样进入一个DatagramPacket，并传回当初发出请求的那个同样的地址。注意发送方的地址也是我们接收到的DatagramPacket 的一部分。

记住尽管C 程序必须在Web 服务器上编译，但Java程序的编译场所可以是任意的。这是由于不管使用的是什么硬件平台和操作系统，编译得到的字节码都是一样的。就是Java的“跨平台”兼容能力。

1.2     N a m e S e n d e r 程序片

不考虑使用前面设计好的Dgram 类，而将数据报的所有维护工作都转到代码行中进行。此外，程序片要用一个线程监视由服务器传回的响应信息，而非实现Runnable 接口，用集成到程序片的一个独立线程来做这件事情。当然，这样做对代码的可读性不利，但却能产生一个单类（以及单个服务器请求）程序片：

1.2.1       代码

import java.awt.*;

import java.applet.*;

import java.net.*;

import
java.io.*;

public
class NameSender extends Applet
implements Runnable {

    private Thread
pl= null;

    private Button
send= newButton("Add email address to mailinglist");

    private TextField
t= newTextField("type your email address here", 40);

    private String
str= newString();

    private Label
l = new Label(),
l2 = new Label();

    private DatagramSocket
s;

    private InetAddress
hostAddress;

    private
byte[]buf=
newbyte[NameCollector.BUFFER_SIZE];

    private DatagramPacket
dp = newDatagramPacket(buf,buf.length);

    private
intvcount= 0;

 

    public
voidinit() {

        setLayout(new BorderLayout());

        Panel p =
new Panel();

        p.setLayout(new GridLayout(2, 1));

        p.add(t);

        p.add(send);

        add("North",
p);

        Panel labels =
new Panel();

        labels.setLayout(new GridLayout(2, 1));

        labels.add(l);

        labels.add(l2);

        add("Center",
labels);

        try {

            // Auto-assign port number:

            s =
new DatagramSocket();

            hostAddress = InetAddress.getByName(getCodeBase().getHost());

        } catch (UnknownHostException
e) {

            l.setText("Cannot find host");

        } catch (SocketException
e) {

            l.setText("Can't open socket");

        }

        l.setText("Ready to send your email address");

    }

 

    public
booleanaction(Event
evt,Object arg){

        if (evt.target.equals(send)) {

            if (pl !=
null){

                // pl.stop(); Deprecated in Java 1.2

                Thread
remove = pl;

                pl =
null;

                remove.interrupt();

            }

            l2.setText("");

            // Check for errors in email name:

            str =
t.getText().toLowerCase().trim();

            if (str.indexOf(' ')!= -1) {

                l.setText("Spaces not allowed in name");

                return
true;

            }

            if (str.indexOf(',')!= -1) {

                l.setText("Commas not allowed in name");

                return
true;

            }

            if (str.indexOf('@')== -1) {

                l.setText("Name must include '@'");

                l2.setText("");

                return
true;

            }

            if (str.indexOf('@')== 0) {

                l.setText("Name must preceed '@'");

                l2.setText("");

                return
true;

            }

            String end =
str.substring(str.indexOf('@'));

            if (end.indexOf('.')== -1) {

                l.setText("Portion after '@' must "+
"have an extension, such as'.com'");

                l2.setText("");

                return
true;

            }

            // Everything's OK, so send the name. Get a

            // fresh buffer, so it's zeroed. For some

            // reason you must use a fixed size rather

            // than calculating the size dynamically:

            byte[]
sbuf = newbyte[NameCollector.BUFFER_SIZE];

            str.getBytes(0,
str.length(), sbuf, 0);

            DatagramPacket
toSend = new DatagramPacket(sbuf, 100,
hostAddress, NameCollector.COLLECTOR_PORT);

            try {

                s.send(toSend);

            } catch (Exception
e) {

                l.setText("Couldn't send datagram");

                return
true;

            }

            l.setText("Sent: " +
str);

            send.setLabel("Re-send");

            pl =
new Thread(this);

            pl.start();

            l2.setText("Waiting for verification "+ ++vcount);

        } else

            return
super.action(evt,
arg);

        return
true;

    }

 

    // The threadportion of the
applet watches for

    // the replyto come back from the server:

    public
voidrun() {

        try {

            s.receive(dp);

        } catch (Exception
e) {

            l2.setText("Couldn't receive datagram");

            return;

        }

        l2.setText(new
String(dp.getData(), 0, 0,
dp.getLength()));

    }

} /// :~

程序片的UI（用户界面）非常简单。它包含了一个TestField（文本字段），以便我们键入一个电子函件地址；以及一个Button（按钮），用于将地址发给服务器。两个Label（标签）用于向用户报告状态信息。

到现在为止，大家已能判断出DatagramSocket、InetAddress、缓冲区以及DatagramPacket 都属于网络连接中比较麻烦的部分。最后，大家可看到run()方法实现了线程部分，使程序片能够“侦听”由服务器传回的响应信息。

init()方法用大家熟悉的布局工具设置GUI，然后创建DatagramSocket，它将同时用于数据报的收发。

action()方法只负责监视我们是否按下了“发送”（send）按钮。记住，我们已被限制在Java 1.0 上面，所以不能再用较灵活的内部类了。按钮按下以后，采取的第一项行动便是检查线程pl，看看它是否为null（空）。如果不为null ，表明有一个活动线程正在运行。消息首次发出时，会启动一个新线程，用它监视来自服务器的回应。所以假若有个线程正在运行，就意味着这并非用户第一次发送消息。pl 句柄被设为null，同时中止原来的监视者。

无论这是否按钮被第一次按下，I2 中的文字都会清除。

下一组语句将检查E-mail 名字是否合格。String.indexOf()方法的作用是搜索其中的非法字符。如果找到一个，就把情况报告给用户。注意进行所有这些工作时，都不必涉及网络通信，所以速度非常快，而且不会影响带宽和服务器的性能。

名字校验通过以后，它会打包到一个数据报里，然后采用与前面那个数据报示例一样的方式发到主机地址和端口编号。第一个标签会发生变化，指出已成功发送出去。而且按钮上的文字也会改变，变成“重发”（resend）。这时会启动线程，第二个标签则会告诉我们程序片正在等候来自服务器的回应。

线程的run()方法会利用NameSender 中包含的DatagramSocket 来接收数据（receive()），除非出现来自服务器的数据报包，否则receive()会暂时处于“堵塞”或者“暂停”状态。结果得到的数据包会放进NameSender的DatagramPacketdp 中。数据会从包中提取出来，并置入NameSender 的第二个标签。随后，线程的执行将中断，成为一个“死”线程。若某段时间里没有收到来自服务器的回应，用户可能变得不耐烦，再次按下按钮。这样做会中断当前线程（数据发出以后，会再建一个新的）。由于用一个线程来监视回应数据，所以用户在监视期间仍然可以自由使用UI。

编译时候在Properties-->JAVA Compiler-中的Compiler compliance level从1.8改成1.5。

1.3     Web 页

当然，程序片必须放到一个Web 页里。下面列出完整的Web 页源码；稍微研究一下就可看出，我用它从自己开办的邮寄列表（Mailling List）里自动收集名字。

<HTML>

<HEAD>

<META CONTENT="text/html">

<TITLE>

Add Yourself to Bruce Eckel's Java Mailing List

</TITLE>

</HEAD>

<BODY LINK="#0000ff"VLINK="#800080" BGCOLOR="#ffffff">

<FONT SIZE=6><P>

Add Yourself to Bruce Eckel's Java Mailing List

</P></FONT>The applet on this page willautomatically add your email address to the mailing list, so you will receiveupdate information about changes to the online version of "Thinking inJava,"notification
when the book is in print, information about upcomingJava seminars, and

notification about the
“Hands-on Java Seminar”Multimedia CD. Type in your email address and press the button to automaticallyadd yourself to this mailing list. <HR>

<applet code=NameSender width=400 height=100>

</applet>

<HR>

</BODY>

</HTML>

程序片标记（<applet> ）的使用非常简单。

执行如下图1：

1.4   注意的问题

前面采取的似乎是一种完美的方法。没有CGI 编程，所以在服务器启动一个CGI 程序时不会出现延迟。数据报方式似乎能产生非常快的响应。此外，一旦Java 1.1 得到绝大多数人的采纳，服务器端的那一部分就可完全用Java 编写（尽管利用标准输入和输出同一个非Java 程序连接也非常容易）。

但必须注意到一些问题。其中一个特别容易忽略：由于Java 应用在服务器上是连续运行的，而且会把大多数时间花在Datagram.receive()方法的等候上面，这样便为CPU 带来了额外的开销。至少，我在自己的服务器上便发现了这个问题。另一方面，那个服务器上不会发生其他更多的事情。而且假如我们使用一个任务更为繁重的服务器，启动程序用“nice ”（一个Unix 程序，用于防止进程贪吃CPU 资源）或其他等价程序即可解决问题。在许多情况下，都有必要留意象这样的一些应用——一个堵塞的receive()完全可能造成CPU
的瘫痪。

第二个问题涉及防火墙。可将防火墙理解成自己的本地网与因特网之间的一道墙（实际是一个专用机器或防火墙软件）。它监视进出因特网的所有通信，确保这些通信不违背预设的规则。

防火墙显得多少有些保守，要求严格遵守所有规则。假如没有遵守，它们会无情地把它们拒之门外。例如，假设我们位于防火墙后面的一个网络中，开始用Web 浏览器同因特网连接，防火墙要求所有传输都用可以接受的http 端口同服务器连接，这个端口是80。现在来了这个Java 程序片NameSender，它试图将一个数据报传到端口8080，这是为了越过“受保护”的端口范围0-1024 而设置的。防火墙很自然地把它想象成最坏的情况——有人使用病毒或者非法扫描端口——根本不允许传输的继续进行。

只要我们的客户建立的是与因特网的原始连接（比如通过典型的ISP 接驳Internet），就不会出现此类防火墙问题。但也可能有一些重要的客户隐藏在防火墙后，他们便不能使用我们设计的程序。

在学过有关Java 的这么多东西以后，这是一件使人相当沮丧的事情，因为看来必须放弃在服务器上使用Java，改为学习如何编写C 或Perl 脚本程序。但请大家不要绝望。

一个出色方案是由Sun 公司提出的。如一切按计划进行，Web 服务器最终都装备“小服务程序”或者“服务程序片”（Servlet）。它们负责接收来自客户的请求（经过防火墙允许的80 端口）。而且不再是启动一个CGI 程序，它们会启动小服务程序。根据Sun 的设想，这些小服务程序都是用Java 编写的，而且只能在服务器上运行。运行这种小程序的服务器会自动启动它们，令其对客户的请求进行处理。这意味着我们的所有程序都可以用Java 写成（100% 纯咖啡）。这显然是一种非常吸引人的想法：一旦习惯了Java，就不必换用其他语言在服务器上处理客户请求。

由于只能在服务器上控制请求，所以小服务程序API 没有提供GUI 功能。这对NameCollector.java来说非常适合，它本来就不需要任何图形界面。