Programmation Réseaux Illustration : Sockets en Java

1. Programmation RéseauxIllustration : Sockets en Java Anne-Marie Déry pinna@polytech.unice.fr À travailler seuls Concepts généraux Mise en œuvre Java Année 2011-2012

2. Communication par diffusion : Multicast Client1 Serveur Gr Client2 Clientn

3. Ouvrir un socket = demander à se Connecter Les clients demandent seulement à joindre un groupe

4. Exemple de multicast Un serveur de citation qui envoie une citation toutes les minutes à tous les clients qui écoutent (multicast)

5. Scénario d’un serveur Créer le socket d’entrée Créer un paquet de sortie Préparer et Envoyer une donnée Fermer le socket d’entrée

6. Scénario d’un client Créer le socket d’entrée Création d’un paquet d’entrée Attente de données en entrée Réception et traitement des données en entrée Fermer le socket d ’entrée

7. Classe MulticastSocket Des constructeurs : par défaut, port à utiliser Des accesseurs en lecture : adresse du groupe (getInterface…) Des méthodes : pour envoyer un paquet datagramme, pour joindre ou quitter un groupe (send, joinGroup, leaveGroup)

8. Multicast: MulticastSocket Type de socket utilisé côté client pour écouter des paquets que le serveur « broadcast » à plusieurs clients. . Une extension du QuoteServer : broadcaste à intervalle régulier à tous ses clients

9. Cœur du serveur while (moreQuotes) { try { byte[] buf new byte[256]; // don't wait for request...just send a quote String dString = null; if (in == null) dString = new Date().toString(); else dString = getNextQuote(); buf = dString.getBytes(); InetAddress group = InetAddress.getByName("230.0.0.1"); DatagramPacket packet; packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, group, 4446); socket.send(packet); try {sleep((long)Math.random() * FIVE_SECONDS); } catch (InterruptedException e) { } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); moreQuotes = false;} } socket.close();}

10. Différences principales Le DatagramPacket est construit à partir de de « l’adresse de plusieurs clients » L ’adresse et le no de port sont câblés no de port 4446 (tout client doit avoir un MulticastSocket lié à ce no). L’adresse InetAddress "230.0.0.1" correspond à un identificateur de groupe et non à une adresse Internet de la machine d’un client Le DatagramPacket est destiné à tous les clients qui écoutent le port 4446 et qui sont membres du groupe "230.0.0.1".

11. Un nouveau Client Pour écouter le port 4446, le programme du client doit créer son MulticastSocket avec ce no. Pour être membre du groupe "230.0.0.1" le client adresse la méthode joinGroup du MulticastSocket avec l’adresse d’identification du groupe. Le serveur utilise un DatagramSocket pour faire du broadcast à partir de données du client sur un MulticastSocket. Il aurait pu utiliser aussi un MulticastSocket. Le socket utilisé par le serveur pour envoyer le DatagramPacket n’est pas important. Ce qui est important pour le broadcast est d’adresser l’information contenue dans le DatagramPacket, et le socket utilisé par le client pour l’écouter.

12. MulticastSocket socket = new MulticastSocket(4446); InetAddress group = InetAddress.getByName("230.0.0.1"); socket.joinGroup(group); DatagramPacket packet; for (int i = 0; i < 5; i++) { byte[] buf = new byte[256]; packet = new DatagramPacket(buf, buf.length); socket.receive(packet); String received = new String(packet.getData()); System.out.println("Quote of the Moment: " + received); } socket.leaveGroup(group); socket.close();

13. Synthèse Client Serveur I/O Stream I/O Stream TCPaSocketaServerSocket connectéwriteread readwrite UDPaDatagramSocketaDatagramSocket non connectésendreceive receivesend MulticastaMulticastSocketaDatagramSocket/ aMulticastSocket receivesend aDatagramPacket aDatagramPacket

14. Définir un nouveau type de socket Pourquoi ? Préparer les données avant de les envoyer Reconstruire les données reçues Exemple Java RMI Sockets spécialisées (marshalling et unmarshalling) Exemple Images : Compression et Décompression Comment ? En spécialisant les classes de base

15. Comment Définir un nouveau type de Sockets La classe CompressionSocket et ses classes relatives 4 étapes Communication TCP Définir des E/S Spécifiques 1. Etendre java.io.FilterOutputStream pour créer un output stream pour ce type de Socket. Surcharge de méthodes si nécessaire. Le write doit compresser l’image avant d’écrire 2. Etendre java.io.FilterInputStream Le read doit décompresser après avoir lu

16. Comment Définir un nouveau type de Sockets La classe CompressionSocket et ses classes relatives 4 étapes 3. Etendre java.net.Socket Implémenter les constructeurs appropriés et surcharger getInputStream, getOutputStream et close. 4. Etendre java.net.ServerSocket Implémenter le constructeur et surcharger accept pour créer un socket du bon type.

17. Un « nouveau » Package : java.nio Cette API définit : Buffers : qui explicitent la notion de buffers – containers de données Améliorent les problèmes de bufferisation liés aux E/S Charsets : qui associent des « décodeurs » et des « encodeurs » qui gèrent correctement les conversions chaines – octets Éliminent les problème d’accent (caractères Unicode / UTF),

18. Un « nouveau » Package : java.nio Channels : qui représentent des connexions entre entités avec de meilleures performances pour les opérations de lecture et d’écriture Selectors et selectionkeys : associées aux selectablechannels définissent des E/S multiplexées non bloquantes évitent les threads

19. Le package Channel SelectableChannel : canal qui peut être multiplexé  DatagramChannel Un canal dédié aux communications UDP prises en charge par des sockets de type java.net.DatagramSocket ServerSocketChannel  : Un canal dédié aux connexions TCP prises en charge par des sockets de type java.net.ServerSocket   SocketChannel : Un canal dédié aux communications TCP prises en charge par des sockets de type java.net.Socket

20. Conclusion Une large bibliothèque pour traiter les sockets et différents types de communication entre Clients et Serveurs dans Java Une extension naturelle par abstraction à l’appel de méthodes à distance - Java RMI et une normalisation Corba avec l’intégration d’un ORB ….

21. Java et la réflexivité

22. Java reflection is useful because it supports dynamic retrieval of information about classes and data structures by name, and allows for their manipulation within an executing Java program. This feature is extremely powerful and has no equivalent in other conventional languages such as C, C++, Fortran, or Pascal. Glen McCluskey has focused on programming languages since 1988. He consults in the areas of Java and C++ performance, testing, and technical documentation.

23. Réflexivité en Java ? La réflexivité en Java permet à un programme Java de s’examiner en cours d’exécution de manipuler ses propriétésinternes. Par exemple, une classe Java peut obtenir le nom de tous ses membres. Utilisation connue de la réflexivité : l’édition sous Eclipse L’outil utilise la réflexivité pour obtenir liste des méthodes publiques qui peuvent être envoyées à une instance d’une classe

24. Que peut on faire ? Obtenir des informations sur les classes Simuler l’opérateur instanceof Découvrir la liste et le descriptif des méthodes Obtenir des informations sur les constructeurs Avoir des informations sur les variables Invoquer des méthodes, des constructeurs, affecter des variables Créer des objets et des tableaux dynamiquementlors de l ’exécution du programme sans connaître à la compilation le nom et les arguments d’une méthode / constructeur le nom de la variable le type des objets, des tableaux….

25. Réflexivité = un package Java java.lang.reflect.* des classes: Object AccessibleObject Modifier ReflectPermission Constructor InvocationTargetException Field Array Method une interface : Member

26. Oui mais comment ? Comment travailler avec les classes du package reflect ? Obtenir un objet java.lang.Class Récupérer des informations sur la classe Utiliser l’API de reflect Illustration à partir de l’exemple

27. Un exemple simple public class DumpMethods { public staticvoid main(String args[]) { try { Class c = Class.forName(args[0]); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < m.length; i++) System.out.println(m[i]); } catch (Throwable e) {System.err.println(e);} } } java.util.Stack public java.lang.Object java.util.Stack.push(java.lang.Object) public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.pop() public synchronized java.lang.Object java.util.Stack.peek() public boolean java.util.Stack.empty() public synchronized int java.util.Stack.search(java.lang.Object)

28. Classe Class Instances de Class: classes et interfacesd’une application Java. Tous les tableaux sont aussi instances de Class (type des éléments, dimension). Les types primitifs (boolean, byte, char, short, int, long, float, double) et le mot clé void sont aussi des objets Class. Cette classe n’a pas de constructeur public. Les instances sont créées automatiquement par la VM lorsque les classes sont chargées et par la méthode defineClass des class loader.

29. Obtenir un objet java.lang.Class représentant de la classe que l’on veut manipuler : Pour les types de base Class c = int.class;ouClass c = Integer.TYPE; TYPE est une variable prédéfinie du wrapper (Integer, par exemple) du type fondamental. Pour les autres classes Class c = Class.forName("java.lang.String");

30. Récupérer des informations sur la classe Appeler une méthode sur l’objet classe récupéré : getDeclaredMethods :obtenir la liste de toutes les méthodes déclarées dans la classe getConstructors :obtenir la liste des constructeurs dans la classe getDeclaredFields :obtenir la liste des variables déclarées dans la classe (variables non héritées) getFields :obtenir la liste des variables publiques accessibles ....

31. Utiliser l’API de reflect pour manipuler l’information Par exemple : Class c = Class.forName("java.lang.String"); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); System.out.println(m[0]));

32. Comment Simuler l’opérateur instanceOf Instances de la classe passée en paramètres ? Class cls = Class.forName(args[0]); boolean b1 = cls.isInstance(args[1]); System.out.println(b1);

33. classe AccessibleObject et interface Member AccessibleObject : Classe de base de Field, Method et Constructor. Permet de supprimer ou de valider la vérification faite par défaut concernant les contrôles d’accès. Ces vérifications (sur private, public, package..) sont effectuées lorsqu’on affecte ou lit des champs, lorsqu’on invoque une méthode et lorsqu’on crée une instance. Member : interface qui réifie les informations communes à un membre (champ ou méthode) ou à un constructeur.

34. Classes Method, Field et Constructor Method fournit les informations et les accès à une méthode (de classe, d’instance ou abstraite) d’une classe ou d’une interface. Field fournit les informations et accès dynamiques aux champs (static ou d’instances) d’une classe ou d’une interface. Constructor fournit des informations et des accès à un constructeur d’une classe.

35. Les méthodes d’une classe ? 1. récupérer l ’objet Class que l’on souhaite observer, 2. récupérer la liste des objets Method par getDeclaredMethods : méthodes définies dans cette classe (public, protected, package, et private) getMethods permet d’obtenir aussi les informations concernant les méthodes héritées 3. A partir des objets méthodes, il est facile de récupérer : les types de paramètres, les types d’exception, et le type de l’argument retourné sous la forme d’un type fondamental ou d’un objet classe.

36. Exemple de programme Class cls = Class.forName(args[0]); Methodmethlist[] = cls.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < methlist.length; i++) { Method m = methlist[i]; System.out.println("name = " + m.getName()); System.out.println("decl class = " + m.getDeclaringClass()); Class pvec[] = m.getParameterTypes(); for (int j = 0; j < pvec.length; j++) System.out.println("param #" + j + " " + pvec[j]); Class evec[] = m.getExceptionTypes(); for (int j = 0; j < evec.length; j++) System.out.println("exc #" + j + " " + evec[j]); System.out.println("return type = " + m.getReturnType());}

37. Exemple d’exécution public class method1 { privateint f1(Object p, int x) throwsNullPointerException {……..} public staticvoid main(String args[]) {….} name = f1 decl class = class method1 param #0 class java.lang.Object param #1 int exc #0 class java.lang.NullPointerException return type = int name = main decl class = class method1 param #0 class java.lang.String return type = void

38. Invocation des méthodes par leur nom Equivalent du apply de Scheme pour invoquer une méthode m dont le nom est spécifié à l’exécution (dans le cadre de l’environnement de développement des JavaBeans par exemple) 1. Trouver une méthode dans une classe getMethod à partir des types de ses paramètres et de son nom. 2. La stocker dans un objet Method 3. Construire la liste des paramètres d’appel 4. Faire l’appel Si on manipule un type fondamental à l’appel ou au retour l’encapsuler dans la classe correspondante (int , Integer)

39. Exemple de programme Class cls = Class.forName(args[0]); Class partypes[] = new Class[2]; partypes[0] = Integer.TYPE; partypes[1] = Integer.TYPE; Methodmeth = cls.getMethod("add",partypes); method2 methobj = new method2(); Object arglist[] = new Object[2]; arglist[0] = new Integer(37); arglist[1] = new Integer(47); Object retobj = meth.invoke(methobj, arglist); Integerretval = (Integer)retobj; System.out.println(retval.intValue())

40. Exemple d’exécution public class method2 { public int add(int a, int b) { return a + b; } public static void main(String args[]) {…… …… } ?

41. Découverte des variables Similaire à la découverte de méthodes et de constructeurs. l’utilisation de la classe Modifier. Modifier représente les modifiers des variables (privateint ...). Ils sont eux mêmes représentés par un integer, Modifier.toString renvoie la chaine correspondant à l’ordre « officiel » ("static" avant "final"). On peut obtenir les informations sur les variables définies dans les super classes par getFields.

42. Informations sur les constructeurs Les constructeurs sont similaires aux méthodes mais ne renvoient pas de résultat

43. Création de nouveaux objets Invoquer un constructeur implique de créer un nouvel objet (allouer de la mémoire et construire l’objet) 1. Trouver un constructeur qui accepte les types spécifiés 2. L’invoquer Création purement dynamique avec recherche (lookup) du constructeur et invocation à l’exécution et non à la compilation.

44. Utilisation des tableaux Création et manipulation des tableaux. Array = un type spécial de classe Le type du tableau qui est créé est dynamique et n’a pas besoin d’être connu à la compilation

45. Réflexivité = un package Java java.lang.reflect.* des classes: Object AccessibleObject Modifier ReflectPermission Constructor InvocationTargetException Field Array Method une interface : Member

46. Comment avoir un code indépendant du protocole d’applications ?

47. En RMI ? • Le protocole est écrit dans une interface Java • Des stubs sont générés et contiennent le code sockets • Ils sont écrits grâce à la réflexivité Java • Que font les stubs ? • Trouver la liste des méthodes de l’interface • Du côté client • Sérialiser et envoyer sur le réseau • Attendre le résultat sérialisé et le restructurer • Dou côté du serveur • Déserialiser ce qui est reçu et invoquer la méthode avec les paramètres • Récupérer le résultat, le sérialiser et l’envoyer au client

48. Un peu plus de réflexivité Les ClassLoader ????

49. Classe ClassLoader ClassLoader est une classe abstraite. Un class loader est un objet responsable du chargement des classes Un nom de classe donné, il peut localiser ou générer les données qui constituent une définition de la classe. Chaque objet Class a une référence à un ClassLoader qui le définit. Applications implémentent des sous classes de ClassLoader afin d’étendre la façon de dynamiquement charger des classes par la VM. (utilisation de manager de sécurité, par exemple)

50. ClassLoader ? En UNIX la VM charge les classes à partir des chemins définis dans CLASSPATH. Certaines classes peuvent être obtenues à partir d’autres sources, telles que le réseau ou construites par une application. La méthode defineClass convertit un tableau d’octets en une instance de Class. Instances pouvant être créées grâce à newInstance Les méthodes et constructeurs créés par un class loader peuvent référencer d’autres classes (loadClass du class loader de cette classe).