16章ネットワーク

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05. 練習問題

問題

　　計算サーバーとクライアントを作成しなさい。サーバーは起動時にクライアントからの接続ポートを引数として受け取り、そのポートで接続を待つ。クライアントからの接続があると、新しく計算用のスレッドを起動する。計算スレッドが起動している時に別のクライアントが接続されると、別のクライアントが使用中であるエラーメッセージを送信するスレッドを起動する。

　　サーバーは、double型の数値を１つ保持しておき、クライアントが接続されるとその数値をクライアントに送る。クライアントはキーボードから入力された「+10」とか、「/4」といった計算式を受け取り、「++19」や「@5」といった記述間違えでないことを確認後、サーバーに送る。サーバーは送られてきた計算式に従って計算し、解答を保持すると共に、クライアントに送り返す。

　　+などの記号がなく、直接数値の場合は、その数値に置き換える。

　　クライアントはキーボードから「quit」もしくは「exit」（大文字小文字は区別しない）と入力された場合はサーバーとディスコネクトする。


Server.java
import  java.io.*;
import  java.net.*;
import  java.util.*;

class Server{
    // 接続されていればtrueになる。
    private static Boolean bConnect = Boolean.FALSE;

    // データ
    private static double dNum = 0D;

    public static void main(String args[]){
        try{
            // ポート番号の取得
            int nPort = Integer.parseInt(args[0]);
            if( nPort < 1000 || nPort > 65535 )
                throw new NumberFormatException();
 
            // サーバーソケット作成
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(nPort);

            for( int i = 1 ; true ; i++ ){
                // 接続を待機する
                Socket sock = serverSocket.accept();

                // スレッドを作って、開始する
                synchronized(bConnect){
                    // すでに接続されているクライアントがあるか？
                    if( bConnect == Boolean.TRUE ){
                        // 断るスレッドを作成
                        (new BusyThread(sock)).start();
                    }
                    else{
                        bConnect = Boolean.TRUE;

                        // 計算スレッドを作成
                        (new ConnectionThread(sock)).start();
                    }
                }
            }
        }catch(NumberFormatException  e){
            System.err.println("引数はポート番号です。1000～65535までの数字を設定してください。");
        }catch(IndexOutOfBoundsException  e){
            System.err.println("引数はポート番号です。1000～65535までの数字を設定してください。");
        }catch(IOException e){
            System.err.println("入出力エラーです\n" + e);
        }catch(Exception e){
            System.err.println(e);
        }
    }

    // 接続フラグをfalseにする
    // 別のスレッドからbConnectをアクセスする可能性があるため、synchronized
    public static void connectionTerminate(){
        synchronized(bConnect){
            bConnect = Boolean.FALSE;
        }
    }

    // データの取得
    // クライアントは１つなので、別々のスレッドからアクセスされる心配はないので、synchronizedにしていない
    public static double getNum(){
        return dNum;
    }
    
    // データの設定
    // クライアントは１つなので、別々のスレッドからアクセスされる心配はないので、synchronizedにしていない
    public static void setNum(double d){
        dNum = d;
    }
}

// ユーザーがすでに使用中の場合のクラス
class BusyThread extends Thread{
    // 再接続をするように施すメッセージ
    static private String strMessage = "ただいま別のユーザーが使用中です\r\n" +
                                       "しばらく待ってから再接続をしてください。\r\n";

    // 終了の合図
    static private String strDisconnect = "disconnect";
    private Socket sock;

    BusyThread(Socket s){
        sock = s;
    }

    public void run(){
        try{
            // ストリーム作成
            OutputStream os = sock.getOutputStream();
            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

            // データ送信
            dos.writeUTF(strMessage);
            dos.writeUTF(strDisconnect);
            dos.flush();

            // クローズ
            dos.close();
        }catch(Exception e){
            System.err.println(e);
        }
    }
}

// 計算するスレッド
class ConnectionThread extends Thread{
    // 終了の合図
    static private String strDisconnect = "disconnect";
    private Socket sock;

    ConnectionThread(Socket s){
        sock = s;
    }

    public void run(){
        try{
            // ストリーム作成
            InputStream  is = sock.getInputStream();
            OutputStream os = sock.getOutputStream();
            DataInputStream  dis = new DataInputStream(is);
            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

            // 継続フラグ
            boolean bContinue = true;

            while( bContinue ){
                // データ送信
                String str1 = "ただいまの値は、 " + Server.getNum() + " です。";
                String str2 = "計算式を入力してください";
                dos.writeUTF(str1);
                dos.writeUTF(str2);
                dos.flush();

                char  ch = dis.readChar();
                double d = dis.readDouble();

                switch( ch ){
                case '+':        // 加算
                    Server.setNum( Server.getNum() + d );
                    break;
                case '-':        // 減算
                    Server.setNum( Server.getNum() - d );
                    break;
                case '*':        // 乗算
                    Server.setNum( Server.getNum() * d );
                    break;
                case '/':        // 除算
                    Server.setNum( Server.getNum() / d );
                    break;
                case '%':        // 剰余
                    Server.setNum( Server.getNum() % d );
                    break;
                case '!':        // 置き換え
                    Server.setNum( d );
                    break;
                case '\0':       // 終了コード
                    bContinue = false;
                    break;
                default:
                    System.err.println("エラー：予期せぬコードが送られてきました");
                }
            }
            // クローズ
            os.close();
            is.close();
            sock.close();
        }catch(IOException e){
            System.err.println("入出力エラーです\n" + e);
        }catch(Exception e){
            System.err.println(e);
        }

        // 接続終了
        Server.connectionTerminate();
    }
}

Client.java
import  java.io.*;
import  java.net.*;
import  java.util.*;

class Client{
    // 終了の合図
    static private String strDisconnect = "disconnect";

    public static void main(String args[]){
        try{
            // サーバー名の取得
            String strServer = args[0];

            // ポート番号の取得
            int nPort = Integer.parseInt(args[1]);
 
            // サーバーに接続
            Socket sock = new Socket(strServer, nPort);

            // ストリーム作成
            InputStream  is = sock.getInputStream();
            OutputStream os = sock.getOutputStream();
            DataInputStream  dis = new DataInputStream(is);
            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

            // キーボードからの入力用ストリーム
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
            StreamTokenizer st  = new StreamTokenizer(isr);
            st.lowerCaseMode(true);                  // 小文字に変換する
            st.ordinaryChar('/');                    // 標準で'/'はコメント文字になっている

            // 文字列変数定義
            String strSock1;                         // サーバーからの受信用
            String strSock2;                         // サーバーからの受信用


            while(true){
                // サーバーからのデータ受信し、表示
                strSock1 = dis.readUTF();
                System.out.println(strSock1);

                // 2行目が"disconnect"ならば終了
                strSock2 = dis.readUTF();
                if( strSock2.equals(strDisconnect) ){
                    // 終了なら、クローズして終了
                    is.close();
                    sock.close();

                    System.exit(0);
                }
                System.out.println(strSock2);

                char   ch   = '\0';
                Double dNum = new Double(Double.NaN);

                // キーボードから入力
                if(st.nextToken() != st.TT_EOF){
                    // 最初のトークンのエラーチェック

                    // 文字列か？
                    if( st.ttype == st.TT_WORD ){
                        // 終了か？
                        if( st.sval.equals("exit") || st.sval.equals("quit") ){
                            // 終了なら、終了コード(0)を送って、クローズして終了
                            dos.writeChar('\0');
                            dos.writeDouble(0D);

                            is.close();
                            sock.close();

                            // 終了
                            System.exit(0);
                        }
                        // ヘルプか？
                        else if( st.sval.equals("help") )
                            // ヘルプメッセージ
                            helpMsg();

                        // 終了じゃなければエラー
                        else{
                            // 最初のトークンが記号じゃなければフォーマット間違い
                            errMsg();
                        }
                    }
                    // 数値か？
                    else if( st.ttype == st.TT_NUMBER ){
                        // 数値置き換えの記号は'!'にする
                        ch = '!';
                        // 数値なら置き換え
                        dNum = new Double(st.nval);
                    }
                    // 記号なら
                    else{
                        switch((char)st.ttype){
                        case '+':    // 加算
                        case '-':    // 減算
                        case '*':    // 乗算
                        case '/':    // 除算
                        case '%':    // 剰余
                            ch =  (char)st.ttype;
                            break;
                        default:
                            // あり得ない記号
                            errMsg();
                        }
                    }
                }

                // 次のトークン
                if( dNum.isNaN() && st.nextToken() != st.TT_EOF ){
                    // 数値か？
                    if( st.ttype != st.TT_NUMBER ){
                        // 次のトークンが数値じゃなければフォーマット間違い
                        errMsg();
                    }else{
                        // 数値なら
                        dNum = new Double(st.nval);
                    }
                }

                // 式をサーバーに送る
                // 数式が入力されているか？
                if( ch != '\0' && !dNum.isNaN() ){
                    // 数式を送る
                    dos.writeChar(ch);
                    dos.writeDouble( dNum.doubleValue() );
                }

                // フラッシュ
                dos.flush();
            }
        }catch(NumberFormatException  e){
            System.err.println("引数はサーバー名とポート番号です。");
        }catch(IndexOutOfBoundsException  e){
            System.err.println("引数はサーバー名とポート番号です。");
        }catch(UnknownHostException e){
            System.err.println("サーバー(" + args[0] + ")が見つかりません");
        }catch(IOException e){
            System.err.println("入出力エラーです" + e);
        }catch(Exception e){
            System.err.println(e);
        }
    }

    // フォーマット違いのエラーメッセージ表示
    protected static void errMsg(){
        System.err.println("計算式のフォーマットが違います。");
        System.err.println("例) +10\r\n");
    }

    // ヘルプメッセージ表示
    protected static void helpMsg(){
        System.err.println("+,-などの記号の後に、数字を入力します。");
        System.err.println("例) +10");
        System.err.println("+ : 加算");
        System.err.println("- : 減算");
        System.err.println("* : 乗算");
        System.err.println("/ : 除算");
        System.err.println("% : 剰余");
        System.err.println();
    }
}


DOS窓１
C:\Java\>java Server 10000


DOS窓２
C:\Java\>java Client 127.0.0.1 1000
ただいまの値は、 0.0 です。
計算式を入力してください
100
ただいまの値は、 100.0 です。
計算式を入力してください
+3
ただいまの値は、 103.0 です。
計算式を入力してください
%50
ただいまの値は、 3.0 です。
計算式を入力してください
/7
ただいまの値は、 0.42857142857142855 です。
計算式を入力してください

DOS窓３
C:\Java\>java Client 127.0.0.1 1000
ただいま別のユーザーが使用中です
しばらく待ってから再接続をしてください。

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