Клиент-серверные модели в Джаве OTUS
2026-03-10 15:13 Diff
https://otus.ru/journal/klient-servernye-modeli-v-dzhave/

Java – перспективный язык программирования. Он позволяет создавать программное обеспечение разных типов и может применяться для того, чтобы писать полноценные клиент-серверные модели.

В данной статье будет рассказано о работе с сокетами в Java, о клиентах и серверах. Предложенный материал пригодится даже тем, кто уже имел практику в разработке.

Определение

Клиент-сервер – это специализированная вычислительная или сетевая структура. В ней задания или нагрузка будут распределяться между поставщиками услуг. Последние носят название серверов. Заказчики тоже фигурируют в модели. Они называются клиентами.

Клиент-сервер – программное обеспечение, расположенное в пределах одной (но чаще – нескольких) машины, взаимодействующее друг другом посредством сетевых протоколов.

Клиенты

Клиент – это компьютер или иное оборудование/программное обеспечение, которое будет отправлять на серверы запросы. Это необходимо для выполнения задуманных изначально задач, а также предоставления информации.

Серверы

Сервер – устройство, которое принимает запросы. После этого ведет обработку соответствующей команды и предоставляет клиенту ответ в установленном формате. Пример – выдача результатов поиска или раскрытие папки.

Сервером может выступать:

  • компьютер;
  • ноутбук;
  • иное оборудование или программное обеспечение.

Servers обычно намного мощнее, чем clients. Связано это с повышенной нагрузкой на соответствующий девайс.

О ролях клиентов и серверов

Клиент серверное приложение немыслимо без упомянутых ранее компонентов. Софт такого характера пишется на самых разных языках, включая Java. Но перед углубленным их изучением стоит разобраться в общих принципах и понятиях. Во всех ситуациях модель функционирует одинаково. Меняется только исходный код будущего приложения.

Согласно существующей характеристике клиент-сервера, модель описывает отношения взаимодействующих друг с другом программ в приложении. Здесь рекомендуется запомнить следующее:

  1. Серверный компонент отвечает за предоставление функций или услуг одному или нескольким клиентам.
  2. Клиенты инициируют запросы на услуги/команды.
  3. Серверы имеют классификацию по предоставляемому обслуживанию. Пример – веб. Он отвечает за обслуживание сайтов. А server типа «файловый» занимается обслуживанием компьютерных документов.
  4. Связь между несколькими серверами носит название межсерверной.

Одно устройство может одновременно выступать клиентом и сервером. Но для реализации подобной модели предстоит обеспечить оборудование стабильной работой и огромным количеством ресурсов.

Принцип работы

Перед написанием программы на Джава, которая отвечает за client server, нужно четко понимать принцип ее работы. При использовании соответствующего подхода происходит следующее:

  1. Клиент формирует запрос. Делается это в установленной заранее форме.
  2. Происходит отправка команды на сервер.
  3. Серверное оборудование или приложение принимает сигнал от client.
  4. Осуществляется обработка заданной команды.
  5. Сервер предоставляет ответ на запрос.

Стоит обратить внимание, что при прекращении работы сервера клиент продолжит функционировать. Он просто потеряет связь. Наглядный пример – подключение к онлайн-игре. Если на его сервере ведутся технические работы, client отключается, но существовать не прекращает. Именно поэтому для servers важна мощность и стабильность.

Ключевые компоненты

Используемые приложения образовывают единую систему. Она обязательно включает в себя следующие элементы:

  1. Client. Рабочая станция, входная точка конечного пользователя в заданной системе.
  2. Server. Устройство, которое будет взаимодействовать с clients. Необходимо для решения тех или иных задач.
  3. Сеть. Средство передачи информации. Рабочие машины при помощи соответствующей составляющей можно объединить для получения общих ресурсов.
  4. Приложения. Они способны вести обработку данных, организовывать физическое распределение информации между клиент-серверной моделью.

Стоит также обратить внимание на сокеты и потоки. Первое понятие в Джаве имеет широкое применение. Их можно запрограммировать особым образом, о чем зайдет речь далее. Сокет не имеет однозначного определения. Потоки – это установленные в изучаемой модели связи. Их некоторые разработчики называют Threads или «нити».

Преимущества и недостатки

Архитектура клиент-серверного типа обладает своими сильными и слабыми сторонами. Соответствующие нюансы необходимо знать каждому разработчику перед тем, как начинать работу с сокетами и рассматриваемым ПО.

Сильные стороны

К плюсам модели можно отнести следующие особенности:

  • низкие требования к клиентским рабочим станциям;
  • вычислительные операции будут выполняться на серверах;
  • гибкая система;
  • повышенная защита локальной сети.

А еще программный код при создании разделяется на клиентскую и серверную части. Это помогает обезопасить его, а также быстро искать и исправлять ошибки/неполадки.

Слабые стороны

У client-server архитектуры также есть определенные минусы. К ним обычно относят:

  • высокую стоимость серверов и повышенные к ним ресурсные требования;
  • обслуживание servers доверяют только специально обученным специалистам;
  • прекращение работы client, если на серверной части «что-то пошло не так».

Но рассматриваемая архитектура является одной из самых распространенных. Она активно используется многими языками программирования. Выходит в 21 веке на передовые линии.

Работа с сокетами

Сокет – программная абстракция, которая применяется для предоставления терминалов соединения между несколькими устройствами.

Socket – программная (логическая) конечная точка, устанавливающая двунаправленную коммуникацию между сервером, а также одним или несколькими клиентами. На физическом уровне он не существует.

В своей работе сокет будет использовать порты на основном устройстве для реализации программного обеспечения. Данный прием дает возможность разработчикам комфортно работать с низкоуровневыми компонентами сетевых коммуникаций. Пример – порты, маршрутизация. Все операции осуществляются непосредственно в прикладном коде.

Программирование сокетов – это своеобразный способ соединения друг с другом двух узлов в пределах одной сети. Socket представляет собой «узел». Один из них будет прослушивать установленный порт на IP-адресе. Другой – обращаться к первому для формирования надежного соединения.

Стоит обратить внимание на то, что server будет отвечать за формирование слушателя. В Java для программирования сокетов будут использоваться специальные классы. Они называются Socket и Server Socket.

Как функционирует

Перед тем, как составлять программное обеспечение клиент-серверной модели, а также программировать сокеты, нужно понимать, как они функционируют. В случае с архитектурой разобраться достаточно легко. Но сокеты требуют отдельного внимания.

TCP-сокет будет устанавливать связь между server и client. Это происходит в несколько шагов:

  1. На серверной части создается конечная точка для соединения.
  2. Сокету присваивается уникальный номер. Это – его идентификатор. Для него будет резервироваться уникальная комбинация IP-адреса, а также порта.
  3. После того, как сокет создан, server находится в режиме ожидания. Соответствующий этап осуществляется до тех пор, пока не подключится client.
  4. Серверная часть получает запрос на подключение клиентского «аппарата» от соответствующего сокета.
  5. Обе составляющие модели соединяются друг с другом.
  6. Происходит обмен данными.
  7. Когда операции завершены, осуществляется прекращение работы системы. Оно характеризуется разрывом соединения.

Выше – наглядный пример описанного алгоритма. Схема поможет быстрее разобраться в системе и научить налаживать ее функционирование.

Реализация

Для программирования sockets пользователю предстоит отдельно рассматривать работу с клиентом, а также отдельно – с сервером. В противном случае добиться функционирования всей системы не получится.

Если происходит программирование на стороне клиента, сначала он будет ожидать запуска сервера. После – отправлять запросы и ждать обратной связи. Логика предельно простая и понятная. Инициировать подобную систему не слишком трудно в Java, если грамотно и поэтапно подойти к данному вопросу.

Клиентская часть

Для начала стоит рассмотреть клиентский «блок». С ним работать намного проще. Существенных требований к аппаратному обеспечению здесь нет, что значительно облегчает процесс. Остается лишь разобраться с кодами в приложениях.

Первый этап – установка соединения через socket. В данном случае подразумевается, что две машины обладают общими сведениями о сетевом расположении друг друга, а также TCP-порте.

Стоит запомнить следующую информацию:

  1. Socket можно создать при помощи специального оператора – new Socket. Он имеет такую форму записи:.
  2. Первый аргумент в операторе – это IP-адрес, который присвоен серверу.
  3. Второй аргумент – TCP-порт. Число, обозначающее, какое приложение будет работать на серверной стороне.

Для непосредственной установки больше ничего не требуется. Программист может установить связь. Через соединение сокета потоки будут применяться для ввода и вывода данных клиенту. После того, как соответствующая операция окажется позади, стоит задуматься над закрытием «связи». Данное действие явно производится после того, как пользователь отправит желаемый запрос на сервер.

Пример

А вот код, который наглядно продемонстрирует реализацию сокетного соединения на стороне имеющегося клиента:

// A Java program for a ClientSide import java.net.*; import java.io.*; public class ClientProgram { // initialize socket and input output streams private Socket socket = null; private DataInputStream input = null; private DataOutputStream out = null; // constructor to put ip address and port public Client(String address, int port) { // establish a connection try { socket = new Socket(address, port); System.out.println("Connected"); // takes input from terminal input = new DataInputStream(System.in); // sends output to the socket out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream()); } catch(UnknownHostException u) { System.out.println(u); } catch(IOException i) { System.out.println(i); }// string to read message from input String line = ""; // keep reading until "Over" is input while (!line.equals("Over")) { try { line = input.readLine(); out.writeUTF(line); } catch(IOException i) { System.out.println(i); } } // close the connection try { input.close(); out.close(); socket.close(); } catch(IOException i) { System.out.println(i); } } public static void main(String args[]) { Client client = new Client("127.0.0.1", 5000); } }

Разработка на серверной стороне

Сервер будет создавать экземпляр своего объекта. После этого он будет ожидать запросы со стороны клиентов. Как только это произойдет, система обработает команду, а затем ответит на нее.

Для того, чтобы закодировать серверную программу, нужно использовать несколько сокетов:

  1. New ServerSocket. Он находится в ожидании клиентских запросов.
  2. Стандартный старый сокет. Потребуется, чтобы связываться с клиентами.

Как только сокеты будут созданы, сервер должен установить связь с клиентом с тем или иным ответом. Для вывода информации предстоит использовать обобщение. В Джаве для этого пригодится getOutputStream(). Завершающий этап – закрытие соединения. В этом случае на серверной стороне требуется прекратить работу socket, а также потоков ввода и вывода электронных материалов.

Пример работы на серверной стороне

Этот код поможет понять, как работать с sockets на стороне сервера. Можно считать его «первым приложением», реализующим рассмотренную архитектуру на Java:

// A Java program for a Serverside import java.net.*; import java.io.*; public class ServerSide { //initialize socket and input stream private Socket socket = null; private ServerSocket server = null; private DataInputStream in = null; // constructor with port public Server(int port) { // starts server and waits for a connection try{ server = new ServerSocket(port); System.out.println("Server started"); System.out.println("Waiting for a client ..."); socket = server.accept(); System.out.println("Client accepted"); // takes input from the client socket in = new DataInputStream( new BufferedInputStream(socket.getInputStream())); String line = ""; // reads message from client until "Over" is sent while (!line.equals("Over")) { try { line = in.readUTF(); System.out.println(line); } catch(IOException i) { System.out.println(i); } } System.out.println("Closing connection"); // close connection socket.close(); in.close(); } catch(IOException i){ System.out.println(i); } } public static void main(String args[]){ Server server = new Server(5000); } }

Подробный разбор

После того, как разработчик справится с настройкой клиента, а также серверной части в модели, можно запустить используемую утилиту. Стоит начать с сервера. Далее – активировать клиент, сформировать и отправить команду-запрос. Как только это произойдет, сервер выдаст тот или иной ответ:

  1. После запуска имеющегося сценария на стороне сервера, он будет активирован. Появится такая запись:.
  2. Так выглядит ситуация, при которой клиент подключается и вводит запрос. Он в примере представлен строкой.
  3. А вот пример того, как поведет себя сервер:.

Предложенный алгоритм помогает выполнять программы сокетов на Джаве. Они могут быть запущены как в окне терминала, так и через командную строчку.

Быстрый способ изучения

Изучая серверы и клиенты, пользователи часто не знают, с чего начать. И как получить специализированное образование – тоже. Существуют различные методы, помогающие быстро освоиться в Java, его особенностях и клиент-серверных разработках:

  1. Поступление в техникумы и училища. Довольно интересный вариант для тех, кто хочет заниматься программированием. Возможен для реализации после 9 или 11 класса учебы в школе. Предпочтение рекомендуется отдавать направлению «Информатика». Срок обучения – 3-5 лет. В конце выдается диплом о среднем профессиональном образовании. Сети и ЯП в этом случае затрагиваются поверхностно.
  2. Поступление в ВУЗы и университеты. Неплохой вариант для тех, кто планирует получать высшее образование. На направлениях «Информационные технологии» и «Разработка программного обеспечения» ученика научат «с нуля» разбираться в IT, а также писать коды. Обычно здесь рассматриваются самые распространенные языки программирования: PHP, HTML, Java, C, C++. Это – самый долгий путь получения образования. Отнимает 4-6 лет. В конце выдается диплом о высшем образовании. С дальнейшим трудоустройством проблем возникнуть не должно.
  3. Самообразование. Подход для особо дисциплинированных. Можно самостоятельно выбрать язык программирования, а также конкретную часть, на которой концентрироваться больше остальных. В основе заложена самодисциплина и практика. Единственная существенная проблема – это невозможность подтвердить навыки документально. Но, если участвовать в конкурсах и разнообразных проектах, у каждого будет шанс на трудоустройство в хорошую компанию по разработке контента и сетей.

Работа с сокетами в Java не доставит существенных хлопот, если отдать предпочтение обучению на дистанционных компьютерных курсах. Это – самый быстрый и эффективный подход. Программы рассчитаны как для новичков, так и для опытных разработчиков. Учебу можно осуществлять в любое время прямо через интернет. Всем гарантирована практика и помощь в сборе первого портфолио.

Компьютерные курсы позволяют в срок до 12 месяцев освоить одно или несколько направлений в IT-технологиях. Уроки проводят опытные специалисты. Пользователи получают постоянную поддержку и кураторство. Можно за несколько месяцев изучить принципы работы сетей, а также научиться писать программы на Джаве с нуля. В конце каждый ученик получит электронный сертификат установленной формы.