Programmation RéseauxIllustration : Sockets en Java

Anne-Marie Dérypinna@polytech.unice.fr

À travailler seuls

Concepts généraux

Mise en œuvre Java

Année 2011-2012

Communication par diffusion : Multicast

Clientn

ServeurClient1

Client2Gr

Ouvrir un socket = demander à se Connecter

Les clients demandent seulement à joindre un groupe

Exemple de multicast

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

Créer un paquet de sortiePréparer et Envoyer une donnée

Scénario d’un serveur

Fermer le socket d’entrée

Créer le socket d’entrée

Scénario d’un client

Création d’un paquet d’entréeAttente de données en entréeRéception et traitement des données en entrée

Fermer le socket d ’entrée

Créer le socket d’entrée

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)

Multicast: MulticastSocket

Type de socket utilisé côté client pour écouter des paquets quele serveur « broadcast » à plusieurs clients. .

Une extension du QuoteServer : broadcaste à intervalle régulier à tous ses clients

Cœur du serveurwhile (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();}

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".

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 partirde données du client sur un MulticastSocket. Il aurait pu utiliser aussiun MulticastSocket. Le socket utilisé par le serveur pour envoyer leDatagramPacket n’est pas important. Ce qui est important pour lebroadcast est d’adresser l’information contenue dans le DatagramPacket, et le socket utilisé par le client pour l’écouter.

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();

Synthèse

Client Serveur

TCP aSocket aServerSocketconnecté write read

read write

UDP aDatagramSocket aDatagramSocketnon connecté send receive

receive send

Multicast aMulticastSocket aDatagramSocket/aMulticastSocket

receive send

I/O Stream I/O Stream

aDatagramPacket

aDatagramPacket

Définir un nouveau type de socket

Pourquoi ?Préparer les données avant de les envoyerReconstruire les données reçues

ExempleJava RMI Sockets spécialisées (marshalling et unmarshalling)

Exemple Images : Compression et Décompression

Comment ?En spécialisant les classes de base

Comment Définir un nouveau type de Sockets

La classe CompressionSocket et ses classes relatives4 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

Comment Définir un nouveau type de Sockets

La classe CompressionSocket et ses classes relatives4 étapes

3. Etendre java.net.Socket Implémenter les constructeurs appropriés et surchargergetInputStream, getOutputStream et close.

4. Etendre java.net.ServerSocket Implémenter le constructeur et surcharger acceptpour créer un socket du bon type.

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),

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 selection keys : associées aux

selectable channels définissent des E/S multiplexées non bloquantes › évitent les threads

Le package Channel

SelectableChannel : canal qui peut être multiplexé 

DatagramChannel Un canal dédié aux communicationsUDP 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

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

….

Java et la réflexivité

Java reflection is useful because it supports dynamic retrievalof 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.

Réflexivité en Java ?

La réflexivité en Java permet à un programme Java de s’examiner en cours d’exécution de manipuler ses propriétés internes.

Par exemple, une classe Java peut obtenir le nom de tous ses membres.Utilisation connue de la réflexivité :

l’édition sous EclipseL’outil utilise la réflexivité pour obtenir liste des méthodes publiques qui peuvent être envoyées à une instance d’une classe

Que peut on faire ?Obtenir des informations sur les classes

Simuler l’opérateur instanceofDécouvrir la liste et le descriptif des méthodes Obtenir des informations sur les constructeursAvoir des informations sur les variables

Invoquer des méthodes, des constructeurs, affecter des variablesCréer des objets et des tableaux dynamiquement lors de l ’exécution du programme sans connaître à la compilation

le nom et les arguments d’une méthode / constructeurle nom de la variablele type des objets, des tableaux….

Réflexivité = un package Java

java.lang.reflect.*

des classes: Object

AccessibleObject

Constructor

Field

Method Array

InvocationTargetException

Modifier

ReflectPermission

une interface : Member

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

Un exemple simplepublic class DumpMethods { public static void 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);} } }

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)

java.util.Stack

Classe Class

Instances de Class : classes et interfaces d’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 classessont chargées et par la méthode defineClass des class loader.

Obtenir un objet java.lang.Class

représentant de la classe que l’on veut manipuler : Pour les types de base Class c = int.class; ou Class 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");

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....

Utiliser l’API de reflect

Par exemple :

Class c = Class.forName("java.lang.String"); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); System.out.println(m[0]));

pour manipuler l’information

Comment Simuler l’opérateur instanceOf

Class cls = Class.forName(args[0]); boolean b1 = cls.isInstance(args[1]); System.out.println(b1);

Instances de la classe passée en paramètres ?

classe AccessibleObject et interface Member

AccessibleObject : Classe de base de Field, Method et Constructor. Permet de supprimer ou de valider la vérification faite par défautconcernant les contrôles d’accès. Ces vérifications (sur private, public, package..) sont effectuéeslorsqu’on affecte ou lit des champs, lorsqu’on invoque une méthodeet lorsqu’on crée une instance.

Member : interface qui réifie les informations communes à un membre(champ ou méthode) ou à un constructeur.

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 unconstructeur d’une classe.

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, etprivate) 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.

Exemple de programme Class cls = Class.forName(args[0]); Method methlist[] = 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());}

Exemple d’exécution

name = f1decl class = class method1param #0 class java.lang.Objectparam #1 intexc #0 class java.lang.NullPointerExceptionreturn type = intname = maindecl class = class method1param #0 class java.lang.Stringreturn type = void

public class method1 { private int f1(Object p, int x) throws NullPointerException {……..} public static void main(String args[]) {….}

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 partirdes types de ses paramètres et de son nom. 2. La stocker dans un objet Method3. 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)

Exemple de programmeClass cls = Class.forName(args[0]);Class partypes[] = new Class[2];partypes[0] = Integer.TYPE;partypes[1] = Integer.TYPE;Method meth = 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); Integer retval = (Integer)retobj;System.out.println(retval.intValue())

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

}

?

Découverte des variablesSimilaire à la découverte de méthodes et de constructeurs.

l’utilisation de la classe Modifier. Modifier représente les modifiers des variables (private int ...). 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 dansles super classes par getFields.

Informations sur les constructeurs

Les constructeurs sont similaires aux méthodes

mais ne renvoient pas de résultat

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 constructeuret invocation à l’exécution et non à la compilation.

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 besoind’être connu à la compilation

Réflexivité = un package Java

java.lang.reflect.*

des classes: Object

AccessibleObject

Constructor

Field

Method Array

InvocationTargetException

Modifier

ReflectPermission

une interface : Member

Comment avoir un code indépendant du protocole d’applications ?

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 ?

1. Trouver la liste des méthodes de l’interface2. Du côté client

1. Sérialiser et envoyer sur le réseau2. Attendre le résultat sérialisé et le restructurer

3. Dou côté du serveur1. Déserialiser ce qui est reçu et invoquer la méthode avec les

paramètres2. Récupérer le résultat, le sérialiser et l’envoyer au client

Un peu plus de réflexivité

Les ClassLoader ????

Classe ClassLoaderClassLoader 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 quiconstituent une définition de la classe. Chaque objet Class a une référence à un ClassLoader qui le définit.

Applications implémentent des sous classes de ClassLoader afind’étendre la façon de dynamiquement charger des classes par la VM.(utilisation de manager de sécurité, par exemple)

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).

Utilité et utilisation en programmation socket ?

Pour ne plus déployer les classes du serveur chez le client

Utilisation des chargeurs de classes qui téléchargent des classes depuis une URL

Utilisation d ’un serveur Web qui fournit les classes Ce que ça change

Bien entendu, les classes et interfaces du serveur ne changent pas

Le code du serveur ne change pas

le client et la façon de le démarrer sont modifiés Il faut lancer un serveur Web

Chargement dynamique

Chargement dynamique des classes

Problème de sécurité Le programme client télécharge du code sur

le réseau Ce code pourrait contenir des virus ou

effectuer des opérations non attendues !!! Utilisation d ’un gestionnaire de sécurité

pour les applications clientes Possibilité de créer des gestionnaires de

sécurité personnalisés pour des applications spécifiques

Chargement dynamique des classes en RMI

Problème de sécurité Utilisation d ’un gestionnaire de sécurité

pour les applications clientes RMI RMI fournit des gestionnaires de sécurité

suffisants pour un usage classique

Séparation des classes› Serveur (fichiers nécessaires a l'exécution du

serveur) HelloWorldServer.class HelloWorldImpl.class HelloWorld.class HelloWorldImpl_Stub.class

› Download (fichiers de classes à charger dans le programme client) HelloWorldImpl_Stub.class

› Client (fichiers nécessaires au démarrage du client) HelloWorld.class HelloWorldClient.class

Hello World : chargement dynamique en RMI

chargement statique en socket ?

chargement dynamique en socket ?

Application Surnoms

Le client doit connaître l'emplacement des classes afin de pouvoir les télécharger

On peut le lui préciser lors du lancement

> java -Djava.security.policy=client.policy -Dcodebase=http://www.class-server.com:80/ HelloWorldClient

Les classes à télécharger doivent être placées dans le répertoire des documents Web du serveur Web, accessibles via une URL

› le chargeur de classes ira chercher les classes à un emplacement de type

› http://www.class-server.com/classes/ClasseATelechharger.class

Comment procéder ?

Mettre les classes Download dans le répertoire des documents Web du serveur Web, accessibles via une URL

› le chargeur de classes ira chercher les classes à un emplacement de type http://www.class-server.com/classes/HelloWorldImpl_Stub.class

Hello World en RMI : Démarrage du serveur Web

› Le programme Java client doit pouvoir se connecter aux ports de la base de registres RMI et des implémentations des objets de serveur, ainsi qu'au port du serveur Web

› Fichier client.policygrant {

permission java.net.SocketPermission"*:1024-65535", "connect,resolve";

permission java.net.SocketPermission"*:80", "connect";

};

Hello World : Politiques de sécurité

Le client intègre un gestionnaire de sécurité RMI pour les stubs téléchargés dynamiquementimport java.rmi.*;import java.rmi.server.*;

public class HelloWorldClient {

public static void main(String[] args) {try {

// Installe un gestionnaire de sécurité RMISystem.setSecurityManager(new RMISecurityManager());System.out.println("Recherche de l'objet serveur...");HelloWorld hello = (HelloWorld)Naming.lookup("rmi://server/HelloWorld");System.out.println("Invocation de la méthode sayHello...");String result = hello.sayHello();System.out.println("Affichage du résultat :");System.out.println(result);

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

}}

}

Hello World : gestionnaire de sécurité RMI

› 1) Lancer la base de registres RMI (elle doit pouvoir accéder aux classes Download - CLASSPATH)> rmiregistry

› 2) Lancer le serveur Web servant les fichiers de classes Download

› 3) Lancer le serveur (les classes Server doivent être accessibles)> java HelloWorldServer

Création de l'objet serveur...Référencement dans le RMIRegistry...Attente d'invocations - CTRL-C pour stopper

Hello World : Démarrage coté serveur

› Le client doit pouvoir se connecter à des machines distantes pour la base de registres RMI, les objets de serveur ainsi que le serveur Web On doit lui fournir un fichier client.policy

› Le client doit bien connaître l'emplacement des classes afin de pouvoir les télécharger On va le lui préciser lors du lancement

> java -Djava.security.policy=client.policy -Djava.rmi.server.codebase=http://www.class-server.com:80/ HelloWorldClient

Hello World : Démarrage coté client

Exemple de redéfinition du chargement de classe

Un class loader qui permet de charger des fichiers de classes via le réseau

ClassLoader loader=new NetworkClassLoader(host,port);Object main= loader.loadClass("Main", true).newInstance();….

NetworkClassLoader doit définir findClass et loadClassData pour charger et defineClass pour créer une instance de Class.