15 Ein-/Ausgabe Kommunikation. Dateien. Schreiben und Lesen von Dateien. Sockets. Übungsaufgaben

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1 15 Ein-/Ausgabe 15-1 Inhalt Kommunikation Dateien Schreiben und Lesen von Dateien Übersetzung von Unicode in lokale Codierungen Dateien im Netz Sockets Übungsaufgaben Dateien Vielleicht sollten wir zuerst versuchen, Dateien auf der lokalen Festplatte zu finden und zu bearbeiten. Dazu verwendet man ein File-Objekt. Die Behandlung und Darstellung von Dateinamen ist systemspezifisch. Java versucht daher, Details zu abstrahieren. Immerhin bietet die Klasse File dennoch Methoden um nach Dateien zu suchen, sowie Dateinamen darauf zu untersuchen, ob die Dateien les- und schreibbar sind, oder ob der Name gar einem Directory gehört. Im folgenden Beispiel finden wir alle Dateien mit der Endung.txt. Man könnte dazu auch das Interface FilenameFilter verwenden. Es geht aber auch so. Erstellen Sie zum Ausprobieren eine Datei file.txt mit dem Inhalt Erste Zeile äöüß und vielleicht irgend eine zweite Datei mit der Endung.txt. { // get the file.txt file File file=new File("file.txt"); if (file.exists() &&!file.isdirectory()) { System.out.println("Datei "+file.getname()+" gefunden"); System.out.println("Voller Name: "+file.getabsolutepath()); // get all text files File dir=new File("."); String[] list=dir.list(); for (int i=0; i<list.length; i++) if (list[i].endswith(".txt")) { long length=new File(dir,list[i]).length(); // get length

2 15 Ein-/Ausgabe 15-2 System.out.println(list[i]+" ["+length+"]"); Beachten Sie, daß das Paket java.io importiert werden muß. Das Programm gibt den vollen Pfad der Testdatei aus und dann alle Textdateien mit ihrer Länge. Dazu verwendet es die list-methode von File. Diesmal muß der Dateiname ein Directory sein. Wir verwenden das aktuelle Directory, das gewöhnlich mit einem. bezeichnet wird. Zu jedem gefundenen Namen wird dann ein File-Objekt erzeugt, dessen Methode length die Länge der Datei ergibt. Schreiben und Lesen von Dateien Nachdem wir wissen, daß eine Datei test.txt existiert, versuchen wir ihren Inhalt zu lesen. Dazu verwenden wir einen InputStream, genauer einen FileInputStream. Wir wollen die Datei zunächst zeilenweise lesen. Dazu erzeugen wir einen Stream, der das kann, nämlich den DataInputStream aus unserem FileInputStream. Dieser Stream besitzt eine Methode readline, die null zurückgibt, wenn die Datei zu Ende ist. { DataInputStream in=new DataInputStream( new FileInputStream("file.txt")); while (true) { String s=in.readline(); if (s==null) break; System.out.println(s); { System.out.println(e); Erstellt man die Datei unter Windows und läßt das Programm in einer DOS-Box von Windows 95 laufen, ist die Ausgabe der deutschen Sonderzeichen äöüß nicht korrekt. Dies liegt daran, daß DOS die Zeichen anders kodiert als Windows. Erst mit Java 1.1 läßt sich dieses Manko einfach beheben. Die Methode DataInputStream.readLine ist Java spezifisch und sollte in Java 1.1 nicht verwendet werden. Statt dessen wird BufferedInputReader.readLine verwendet (siehe unten). Die Klasse InputStream (und damit auch FileInputStream) besitzt auch die Methode read zum Lesen eines Bytes. Die Methode available liefert die Anzahl der verfügbaren Zeichen.

3 15 Ein-/Ausgabe 15-3 { InputStream in=new FileInputStream("file.txt"); while (in.available()>0) { System.out.print((int)in.read()+" "); in.close(); { System.out.println(e); System.out.println(); Die Ausgabe ist steht dabei für E, das erste Zeichen in der Datei. Das Zeichen 246 ist tatsächlich das korrekte Unicode-Zeichen für ä. Dies liegt aber nur daran, daß die ersten 254 Zeichen des europäischen Zeichensatzes (ISO 8859_1) mit den entsprechenden Unicode-Zeichen übereinstimmen. Erstellt man die gleiche Datei unter DOS, so sieht das Ergebnis anders aus Dies ist offenbar nicht dasselbe und auch unter Windows nicht korrekt. Benutzt man etwa ein koreanisches System und gibt dort die lokalen Sonderzeichen ein, so ist die Übersetzung in Unicode völlig falsch. Man beachte auch, daß unter Windows das Zeilenende durch 13 und 10 dargestellt wird. Unter Unix wird nur die 10 verwendet, und auf Apple-Rechnern gar nur die 13. Übersetzung von Unicode in lokale Codierungen Mit Java 1.1 stehen nun Klassen zur Verfügung, die eine Übersetzung der lokalen Codierung in Unicode erlauben. Dies sind die Reader-Klassen. Wir verwenden BufferedReader, eine effiziente, gepufferte Klasse. { InputStream is=new FileInputStream("file.txt"); Reader in=new BufferedReader( new InputStreamReader(is)); while (in.ready()) { int c=in.read(); if (c==-1) break; System.out.print(c+" "); in.close(); { System.out.println(e);

4 15 Ein-/Ausgabe 15-4 System.out.println(); System.out.println(System.getProperty("file.encoding")); Die Ausgabe dieses Programms ist zunächst absolut identisch. Dies liegt an der Übereinstimmung des europäischen, und damit für uns lokalen Zeichensatzes mit Unicode. Man kann aber nun auch die unter DOS erstellte Datei korrekt lesen, indem man die Kodierung explizit angibt. Reader in=new BufferedReader( new InputStreamReader(is,"Cp850")); CP850 steht für Codepage 850. Dies ist die unter DOS normalerweise in Deutschland eingestellte Codepage (siehe autoxec.bat). Da per Default die lokale Codepage genommen wird, werden so alle lokal erstellten Files korrekt in Unicode übersetzt. Mit Java 1.1 hat sich auch das zeilenweise Lesen und Schreiben geändert. Es steht nun die Klasse BufferedReader zum Lesen und PrintWriter zum Schreiben zur Verfügung. Hier ist ein Beispiel, das die Datei file.txt vom DOS-Format (Codepage 850) in das lokale Format konvertiert. { InputStream is=new FileInputStream(args[0]); BufferedReader in=new BufferedReader( new InputStreamReader(is,"Cp850")); OutputStream os=new FileOutputStream(args[1]); PrintWriter out=new PrintWriter( new OutputStreamWriter(os)); while (true) { String s=in.readline(); if (s==null) break; out.println(s); in.close(); out.close(); { System.out.println(e); Man beachte immer, daß Dateien geschlossen werden müssen, um anderen Programmen zur Verfügung zu stehen. Die Klasse, die PrintWriter in Java entspricht ist, PrintStream. Will man in Java 1.1 Bytes ausgeben, so kann man DataOutputStream.write() weiter direkt verwenden. Dateien im Netz Eines der Designziele von Java war die Programmierung von Netzanwendungen. Java bringt

5 15 Ein-/Ausgabe 15-5 daher eine Reihe von Klassen zur Kommunikation über TCPIP mit. Eine davon bringt die Möglichkeit, eine Datei direkt von einem WWW-Server zu lesen. Das folgende Beispiel kopiert eine Datei byteweise vom Internet. Die Befehlszeile java Test mgf.html kopiert das Netzdokument an der entsprechenden URL auf die lokale Datei mgf.html. Netzdokumente werden über eine URL (uniform ressource locator) angesprochen. Die erste Zeichenkette steht dabei für das verwendete Protokoll, in diesem Fall HTTP. Um die URL in Java zu verwalten, verwendet man einen der möglichen Konstruktoren der Klasse URL. In diesem Fall geben wir die URL vollständig wie in einem Browser ein. Es ist aber auch möglich, relative Adressen zu verwenden, etwa URL dir=new URL(" URL url=new URL(dir,"mgf_profs.html"); Man kann auch die URL nach dem Erzeugen analysieren, etwa mit den Methoden getprotocol(), gethost(), getfile(). Es folgt der Code für die Übertragung der Datei aus dem Netz. import java.net.*; { get(args[0],args[1]); static void get (String urltag, String filename) { URL url=new URL(urltag); InputStream in=url.openstream(); int b; FileOutputStream out=new FileOutputStream(filename); while (true) { b=in.read(); if (b==-1) break; out.write(b); in.close(); out.close(); { System.out.println(e); Bei einem Applet muß beachtet werden, daß es nur von dem Server lesen kann, von dem es geladen wurde. Meist muß man die Datei von derselben Stelle aus laden, wo die Klassendatei auf dem Server liegt. Dazu verwendet man folgenden Code BufferedReader in=new BufferedReader(new DataInputStream( (new URL(getCodeBase(),filename)).openStream())); getcodebase ist eine Methode von Applet, die eine URL auf die Adresse zurückgibt, von der das Applet geladen wurde. Der zusätzliche Parameter bei new URL() spezifiziert die Datei, die zu laden ist.

6 15 Ein-/Ausgabe 15-6 Bei Java 1.1 ist es allerdings bequemer solche Dateien zusammen mit den Klassen in ein Archiv zu packen und mit dem Applet direkt zu übertragen. Die Dateien werden dabei als Ressource angesprochen. Sockets Sockets dienen zur Kommunikation über das Internet. Gewöhnlich wartet ein Server auf Verbindungen und die sogenannten Clients nehmen Kontakt mit dem Server auf. Jeder Computer hat mehrere Ports, an denen er Verbindungen aufnehmen kann. Ein Port kann mehrere Verbindungen gleichzeitig bedienen. Ein Server wartet aber immer nur auf einem Port. Ein Beispiel für einen Port ist 23, der Telnet-Port. Andere Ports sind für FTP (file transfer protocol), SMTP (simple mail transfer protocol), POP (post office protocol) etc. reserviert. Für jeden dieser Port wartet ein Dämon-Prozess im Hintergrund darauf, Verbindungen aufzunehmen. Typischerweise heißen diese Prozesse telnetd, ftpd, smtpd usw. Wir wollen als erstes einen solchen Dämon schreiben. Dazu werden wir auf einem Port auf eine Verbindung warten, und bei Kontaktaufnahme einfach alle Eingaben zurückgeben (außer QUIT, was die Kommunikation beenden soll). Dies ist sozusagen ein Echo-Dämon. Das Programm wird zunächst einen Socket erzeugen, der auf einem Port wartet. Die Ports bis 1000 sind für definierte Zwecke reserviert. Wir verwenden einfach den Port Sollte dieser Port schon von einem anderen Dämon besetzt sein, wird es eine BindException geben. Falls ein Programm mit dem Socket Kontakt aufnimmt, so starten wir einen Thread, der die Verbindung aufnimmt. Dazu dient eine Instanz der Klasse echod, die ein Runnable implementiert. Diese Klasse besorgt sich Ein- und Ausgabeströme. Nebenbei verwenden wir als weitere Neuerung die Ausgabe auf System.err, die für Fehlermeldungen gedacht ist. import java.net.*; public class echod implements Runnable { PrintWriter Out; BufferedReader In; public echod (Socket socket) // generiere Ein- und Ausgabestreams und einen Thread { Out=new PrintWriter( new DataOutputStream(socket.getOutputStream()),true); In=new BufferedReader(new InputStreamReader( new DataInputStream(socket.getInputStream()))); new Thread(this).start(); // starte eine Thread (und damit run()) { System.err.println(e);

7 15 Ein-/Ausgabe 15-7 public static void main (String args[]) // generiere wartenden Socket { ServerSocket server=new ServerSocket(6000); while (true) // Läßt sich nur durch CNTRL-C abbrechen { Socket socket=server.accept(); // Socket wartet new echod(socket); // Verbindung gefunden { System.err.println(e); public void run () // der Thread, der eine Verbindung verwaltet. { while (true) // Echo-Schleife { String s=in.readline(); if (s.equals("quit")) break; Out.println("Echo: "+s); // Streams immer schließen: In.close(); Out.close(); { System.out.println(e); Die Kommunikation erfolgt hier synchron. Der Server liest immer eine Zeile und schreibt seine Antwort zurück. Viele Protokolle beruhen auf solchen synchronen Antworten. Im Prinzip könnte das Protokoll auch asynchron laufen. Der Server würde dann an einer beliebigen Stelle senden können. Sie können das obige Programm mit einem Telnet-Client testen. Dazu geben Sie einfach telnet localhost 6000 ein, nachdem in einer anderen Kommandozeile der Echo-Server mit java echod gestartet wurde. Nun können Sie blind eine Zeile schreiben und der Server wird die Zeile zurückgeben. Man kann aber auch das lokale Echo in Telnet einstellen und ist dann in der Lage zu lesen, was man eingibt. Wir wollen jedoch ein Javaprogramm schreiben, das mit dem Server Kontakt aufnehmen kann. Ein solches Programm kann im Prinzip synchron arbeiten. Es würde dann immer eine Zeile einlesen und eine Zeile empfangen. Wir wollen aber ein asynchrones Programm schreiben. Dazu benötigt man einen separaten Thread, der die Eingaben entgegen nimmt. import java.net.*; public class client implements Runnable

8 15 Ein-/Ausgabe 15-8 { PrintWriter Out; BufferedReader In; boolean Closed; public client (Socket socket) // Öffnet die Ströme und einen Lesethread { Out=new PrintWriter( new DataOutputStream(socket.getOutputStream()),true); In=new BufferedReader(new InputStreamReader( new DataInputStream(socket.getInputStream()))); Thread t=new Thread(this); // Der Lesethread Closed=false; t.start(); // Mache aus System.in einen Eingabestrom: BufferedReader in=new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in)); while (!Closed) { String s=in.readline(); // Lies Zeile vom Terminal if (s==null s.equals("quit")) break; Out.println(s); // Gib sie wieder aus t.stop(); // Stoppe den Lesethread Out.close(); { System.err.println(e); public static void main (String args[]) { Socket socket=new Socket("localhost",6000); new client(socket); // Starte Kommunikation { System.err.println(e); public void run () // Der Lesethread { while (true) { String s=in.readline(); // Lies vom Server if (s==null) break; System.out.println("Server :"+s); // Schreibe ins Terminal In.close(); Closed=true; // Benachrichtigt den Schreibthread { System.err.println(e);

9 15 Ein-/Ausgabe 15-9 Dabei tritt ein Synchronisationsproblem auf bezüglich des Endes der Kommunikation. In unserem Fall wird durch die Eingabe von QUIT die Kommunikation vom Server getrennt (siehe Porgramm oben) und durch Eingabe von quit vom Client. Im ersten Fall wird die Schleife im Lesethread unterbrochen, und dann mit einer Variablen Closed die Schleife im Konstruktor. Der Benutzer muß allerdings noch eine Zeile eingeben, bevor das Programm endet. Dies könnte man dadurch vermeiden, daß man einen separaten Schreibthread einsetzt, der mit stop unterbrochen wird. Im zweiten Fall wird die Schreibschleife im Konstruktor unterbrochen und der Lesethread mit stop beendet. Die Methode Thread.stop ist zwar im neuen Java 1.2 als veraltet bezeichnet, aber hier besteht eigentlich kaum eine andere Möglichkeit, In.readLine() zu unterbrechen. Sie können das Programm auch mit ihrem SMTP-Server testen. Dazu tragen Sie den Servernamen und den Port 25 in main ein und starten den Client. Dann führt man mit dem Server folgenden Dialog. (Die Ausgaben des Servers sind mit Server: gekennzeichnet). D:\java\kurs>java client Server :220 eo-dec-mathsrv.ku-eichstaett.de ESMTP Sendmail... HELO test Server :250 eo-dec-mathsrv.ku-eichstaett.de Hello... pleased to meet you MAIL FROM: Server :250 Sender ok RCPT TO: Server :250 Recipient ok DATA Server :354 Enter mail, end with "." on a line by itself test. Server :250 LAA28080 Message accepted for delivery QUIT Server :221 eo-dec-mathsrv.ku-eichstaett.de closing connection Der Server wird die Mail an die angegebene Adresse schicken. Dies ist ein typisches Beispiel für ein synchrones Protokoll. FTP, POP etc. sind ähnlich aufgebaut. Übungsaufgaben 1. Schreiben Sie ein Programm, das eine Textdatei in das MS-DOS-Format kopiert. Dabei sollen die Zeilenenden mit 13 und 10 markiert werden. 2. Schreiben Sie ein Programm, das die Längen aller Dateien in allen Unterverzeichnissen des in der Kommandozeile angegebenen Verzeichnisses zusammenrechnet. 3. Schreiben Sie ein Programm, das nur Dateien mit einer bestimmten Endung zusammenzählt. Die Endung wird als zweiter Parameter in der Kommandozeile angegeben. 4. Schreiben Sie auf der Basis von 2. ein Programm, das alle Dateien mit einer

10 15 Ein-/Ausgabe bestimmten Endung zeilenweise einliest und nach einem bestimmten String durchsucht (dritter Parameter der Kommandozeile). Der Name der Dateien, in denen der String vorkommt, soll ausgegeben werden. 5. Verbessern Sie das client-programm dahingehend, daß es die Ausgaben in einer TextArea darstellt und die Eingaben von einem TextField entgegennimmt. Beide sollen in einem Frame enthalten sein. Außerdem soll es den Server und den Port aus der Kommandozeile lesen (für den Port verwenden Sie Integer.parseInt). Drittens soll es zeichenweise vom Server lesen. Da das zeichenweise Anhängen an eine TextArea ineffektiv ist und nicht gut aussieht, soll das Programm die Eingaben in einem StringBuffer puffern, solange der Server noch Zeichen parat hat. Dies kann man mit der Methode available von DataInputStream testen. Aufgaben ohne Lösung Lösungen. 1. Schreiben Sie ein Programm, das die Wörter in einer Textdatei zählt. Wörter sind in diesem Sinne alle Strings, die durch Leerzeichen oder Tabulatorzeichen ((char )9) voneinander getrennt sind. 2. Schreiben Sie ein Programm, das eine Binärdatei kopieren kann. Die Datei darf natürlich nicht in Unicode übersetzt werden und auch nicht zeilenweise behandelt werden. 3. Schreiben Sie ein Programm das alle ä, ö, ü usw. in einer Textdatei durch ihr HTML-Äquivalent ä etc. ersetzt. (ß ist ß).