네트원크 입출력

1. 네트워크 기초

서버와 클라이언트

• 프로그램들은 네트워크에 컴퓨터가 연결된 경우 실제로 데이터를 주고받는 행위를 한다
• 서버(server): 서비스를 제공하는 프로그램
• 클라이언트(client): 서비스를 요청하는 프로그램

IP와 Port 번호

• IP 주소: 네트워크 상에서 유일하게 식별 될 수 있는 컴퓨터 주소 숫자로 된 주소는 기억하기 어려우므로 www.naver.com과 같은 문자열로 구성된 도메인 이름으로 바꿔 사용
• Port 번호: 운영체제가 관리하는 서버 프로그램의 연결 번호
  • 웹 서버(80), FTP 서버(21), DBMS(1521)

2. IP 주소 얻기

• InetAddress를 이용하면 로컬 컴퓨터의 IP 주소를 얻을 수 있음

  import java.net.InetAddress;
  import java.net.UnknownHostException;
  
  public class Test {
  	public static void main(String[] args) {
  
  		try {
  			InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
  			System.out.println("내 컴퓨터 IP 주소: "+local.getHostAddress());
  
  			InetAddress[] iaArr = InetAddress.getAllByName("www.naver.com");
  			for(InetAddress remote : iaArr) {
  				System.out.println("www.naver.com IP 주소: "+remote.getHostAddress());
  			}
  		}catch(UnknownHostException e) {
  				e.printStackTrace();
  			}
  	}
  }
  -------------------------------------------
  내 컴퓨터 IP 주소: 192.168.0.24
  www.naver.com IP 주소: 223.130.200.236
  www.naver.com IP 주소: 223.130.192.248
  www.naver.com IP 주소: 223.130.192.247
  www.naver.com IP 주소: 223.130.200.219
  

3. TCP 네트워킹

TCP/IP 프로토콜(전송제어 프로토콜)

• TCP는 연결형 프로토콜로, 상대방이 연결된 상태에서 데이터를 주고받음

   클라이언트 연결 요청 → 서버가 연결 수락 → 통신회선 고정 → 데이터가 고정 회선을 통해 전달(Stream을 통해 전달)
  

• 두 시스템 간에 데이터가 손상없이 안전하게 전송(신뢰전송)되도록 하는 통신 프로토콜TCP에서 동작하는 응용프로그램 (전송 실패 시 알림이 옴)
  ex) e-mail, FTP, 웹(HTTP) 등

• 특징: 연결형 통신
  • 한 번 연결 후 계속 데이터 전송 가능
  • 보낸 순서대로 받아 응용프로그램에게전달
  • 단점: 느림 → 재생이 필요한 경우 UDP 사용

• 자바는 TCP 네트워킹을 위해 java.net 패키지에서 ServerSocket과 Socket 클래스 제공

  • ServerSocket: 클라이언트의 연결을 수락하는 서버 쪽 클래스

  • Socket: 클라이언트에서 연결 요청할 때 + 클라이언트와 서버 양쪽에서 데이터를 주고 받을 때 사용되는 클래스

    

    • ServerSocket 생성 시 바인딩 할 Port 번호 지정 필요
    • ServerSocket은 accept() 메소드로 연결 수락, 통신용 Socket 생성(메세지를 보내고자)

TCP 서버

• TCP 서버 프로그램 개발 과정

  1. ServerSocket 객체 생성

     ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(50001);
     //또는 port바인딩을 위해 bind()메소드 호출
     ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
     ServerSocket.bind(new InetSocketAddress(50001)); //ip주소, 포트번호 연결
     

  2. ServerSocket이 생성되었다면 연결 요청 수락을 위해 accept() 메소드 실행 accep()는 클라이언트가 연결 요청하기 전까지 블로킹 java Socket socket = serverSocket.accept(); //socket에 저장

  3. 서버 종료

     serverSocket.close();
     

TCP 클라이언트

• 클라이언트가 서버에 연결 요청을 하려면 Socket 객체를 생성할 때 생성자 매개값으로 서버 IP주소와 Port번호를 제공하면 됨

Socket socket = new Socket("IP", 50001);

입출력 스트림으로 데이터 주고 받기

• 클라이언트가 연결요청(connect())을 하고 서버가 연결 수락(accept())했다면, 양쪽의 Socket 객체로부터 각각 입력 스트림(InputStream)과 출력 스트림(OutputStream)을 얻을 수 있음

• 상대에게 데이터 보낼 때 byte[] 배열 생성 → 매개값으로 OutputStream의 write() 메소드 호출하는 방법

  String data = "보낼 데이터";
  byte[] Byte = data.getBytes("UTF-8");
  OutputStream os = socket.getOutputStream();
  os.write(bytes);
  os.flush();
  

• (더 자주쓰는 방법) 문자열을 간편하게 보낼 경우 보조 스트림(DataOutputStream)을 연결

  String data = "보낼 데이터";
  DataOutputStream dos = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
  os.writeUTF(data);
  os.flush();
  

3. 소켓 프로그래밍

• 소켓을 이용한 서버 클라이언트 통신 프로그램의 전형적인 구조

  

• 소켓이 만들어지는 과정(3-way handshake)

  

과정 상세

1. (Server) : 서버소켓 생성

   import java.io.IOException;
   import java.net.ServerSocket;
   
   public class Server {
   	public static void main(String[] args) {
   		ServerSocket serverSocket = null;
   
   		try {
   			serverSocket = new ServerSocket(9999); //서버소켓 객체 생성(포트번호만 적어둠)
   			System.out.println("서버 기다리는 중..."); //서버는 Client가 요청하기 전까지 기다림
   		}catch(IOException e) {
   			e.printStackTrace();
   		}
   	}
   }
   

2. (Client) : Client에서 서버 ip, port 번호로 접속 시도

   import java.net.Socket;
   
   public class Client {
   	public static void main(String[] args) {
   		try {
   			Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999); //ip주소, 포트번흐
   			System.out.println("연결 성공!!"); //서버가 수락해야 연결됨
   		}catch(Exception e) {
   			e.printStackTrace();
   		}
   	}
   }
   

3. (Server) : ServerSocket(accept)

4. 소켓 생성 Socket

   import java.io.IOException;
   import java.net.ServerSocket;
   import java.net.Socket;
   
   public class Server {
   	public static void main(String[] args) {
   
   		ServerSocket serverSocket = null;
   
   		try {
   			serverSocket = new ServerSocket(9999); //1. 서버소켓 생성
   			System.out.println("서버 기다리는 중...");
   		}catch(IOException e) {
   			e.printStackTrace();
   		}
   
   		while(true) {
   			try {
   				Socket socket = serverSocket.accept(); //3. 클라이언트 요청 수락, 4. 소켓생성
   				System.out.println("클라이언트와 연결 성공!!");
   			}catch(IOException e) {
   				e.printStackTrace();
   			}
   		}
   	}
   }
   

5. (Client) : 메세지 보내기

• DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);

  import java.io.DataOutputStream;
  import java.io.OutputStream;
  import java.net.Socket;
  import java.util.Scanner;
  
  		public class Client {
  			public static void main(String[] args) {
  
  				try {
  					Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999); //2. 서버에게 연결 요청
  					System.out.println("연결 성공!!"); //서버가 수락해야 연결됨
  
  					Scanner s = new Scanner(System.in);
  					String msg = s.nextLine(); //키보드에 메세지 입력
  
  					//데이터 전송, 읽어오기 위해 socket 필요!
  					OutputStream out = socket.getOutputStream(); //소켓에서 메세지를 얻음(get)
  					DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);
  					dos.writeUTF(msg);
  				}catch(Exception e) {
  					e.printStackTrace();
  				}
  			}
  		}
  

1. (Server) : 메시지 읽기 및 보내기 DataInputStream dis = new DataInputStream(in);

   import java.io._;
   import java.net._;
   
       public class Server {
       	public static void main(String[] args) {
   
       		ServerSocket serverSocket = null;
   
       		try {
       			serverSocket = new ServerSocket(9999); //1. 서버소켓 생성
       			System.out.println("서버 기다리는 중...");
       		}catch(IOException e) {
       			e.printStackTrace();
       		}
   
       		while(true) {
       			try {
       				Socket socket = serverSocket.accept(); //3. 클라이언트 요청 수락
       													   //4. 소켓생성
       				System.out.println("클라이언트와 연결 성공!!");
   
       				//클라이언트가 보낸 메세지 읽기
       				InputStream in = socket.getInputStream();
       				DataInputStream dis = new DataInputStream(in);
       				String msg = dis.readUTF();
   
       				//서버에서 클라이언트로 메세지 보내기
       				OutputStream out = socket.getOutputStream(); //소켓에서 메세지를 얻음(get)
       				DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);
       				dos.writeUTF(msg+"서버가 보내요~");
   
       				//끝내기. 마지막꺼부터 닫하줌
       				dos.close();
       				dis.close();
       				socket.close();
       				System.out.println("소켓닫음");
       			}catch(IOException e) {
       				e.printStackTrace();
       			}
       		}
       	}
       }
       ```
   
   

2. (Client) 서버에서 보낸 메세지 읽기

   import java.io.*;
   import java.net.Socket;
   import java.util.Scanner;
   
   public class Client {
   	public static void main(String[] args) {
   		try {
   			Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999); //2. 서버에게 연결 요청
   			System.out.println("연결 성공!!"); //서버가 수락해야 연결됨
   
   			Scanner s = new Scanner(System.in);
   			String msg = s.nextLine(); //키보드에 메세지 입력
   
   			//데이터 전송, 읽어오기 위해 socket 필요!
   			OutputStream out = socket.getOutputStream(); //소켓에서 메세지를 얻음(get)
   			DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);
   			dos.writeUTF(msg);
   
   			//서버에서 전송한 메세지 읽고 출력
   			InputStream in = socket.getInputStream();
   			DataInputStream dis = new DataInputStream(in);
   			System.out.println(dis.readUTF());
   
   			//끝내기
   			dis.close();
   			dos.close();
   			socket.close();
   			System.out.println("소켓닫음");
   		}catch(Exception e) {
   			e.printStackTrace();
   		}
   	}
   }
   
   

• 실행(이클립스, 관리자모드 cmd에서 확인 가능)

1. 관리자모드 cmd 실행 후 폴더에 접근 (폴더 경로는 패키지가 들어있는 폴더 우클릭 → Properties 선택 시 확인가능)

1. 서버와 클라이언트 연결 서버 기다리는 중.. 다음에 java client 실행 시 클라이언트와 연결 성공!!이 뜸

1. 메세지 주고받기

과정2

• server

  import java.io.InputStream;
  import java.io.InputStreamReader;
  import java.io.OutputStream;
  import java.net.InetSocketAddress;
  import java.net.ServerSocket;
  import java.net.Socket;
  
  public class Server2 {
  	public static void main(String[] args) {
  		//1. 서버소켓 객체생성
  		ServerSocket ser = null;
  		try {
  			ser = new ServerSocket();
  			ser.bind(new InetSocketAddress("localhost",5001));
  										//  ↑ 2. 서버소켓과 서버소켓이 연결된 ip주소와 포트번호
  			while(true) {
  				System.out.println("연결기다리는 중..");
  
  				Socket so = ser.accept(); //5. 연결요청을 수락하며 소켓 생성
  
  				//7. client에서 보낸 메세지 읽기
  				byte[] b = null;
  				String msg = null;
  
  				InputStream in = so.getInputStream();
  				b=new byte[100];
  				int r = in.read(b);
  				msg=new String(b,0,r,"UTF-8"); //메세지 바이트 배열 읽기(b배열을 0부터 r까지)
  				System.out.println("데이터 받기 성공"); //바이트 배열을 문자열로 바꿈
  
  				//8. 클라이언트에게 메세지 보내기
  				OutputStream os = so.getOutputStream();
  				msg = "Hi Client";
  				b=msg.getBytes("UTF-8");
  				os.write(b);
  				System.out.println("데이터 보내기 성공");
  
  				//9. 종료
  				os.close();
  				in.close();
  				so.close();
  				ser.close();
  			}
  		}catch(Exception e) {}
  	}
  }
  

• client

  import java.io.InputStream;
  import java.io.OutputStream;
  import java.net.InetSocketAddress;
  import java.net.Socket;
  
  public class Client2 {
  	public static void main(String[] args) {
  		//3. 소켓생성
  		Socket s = null;
  
  		try {
  			s = new Socket();
  			System.out.println("연결 요청");
  			s.connect(new InetSocketAddress("localhost",5001)); //4.연결
  			System.out.println("연결 성송");
  
  			//6. 서버에 메세지 보내기(배열 사용 or DataOutputStream)
  			byte[]b = null;
  			String msg = null;
  
  			OutputStream os = s.getOutputStream(); //Stream은 바이트 단위라 byte로 변환해서 넣어야함
  			msg = "Hi Server";
  			b=msg.getBytes("UTF-8"); //문자열 → byte
  			os.write(b);
  			System.out.println("데이터 보내기 성공");
  
  			//9. Server에서 보낸 메세지 읽기
  			InputStream in = s.getInputStream();
  			b=new byte[100];
  			int r = in.read(b);
  			msg=new String(b,0,r,"UTF-8"); //메세지 바이트 배열 읽기(b배열을 0부터 r까지)
  			System.out.println("데이터 받기 성공"); //바이트 배열을 문자열로 바꿈
  
  			//10.종료
  			in.close();
  			os.close();
  			s.close();
  		}catch(Exception e) {}
  	}
  }
  

4. UDP 네트워킹 (User Datagram Protocol)

• TCP와 함께 대표적인 전송 계층 프로토콜
• 비연결형(Connectionless) 통신 : 데이터를 보내기 전에 연결을 설정하지 않고 바로 전송

• 패킷(Packet, datagram) 단위로 데이터를 전송

• 특징

  • TCP보다 데이터 전송 속도가 빠름: 연결을 맺고(3handshake) 확인(ACK) 하지않고 바로 전송
  • 신뢰성 X: 전송한 데이터가 유실되거나 순서가 바뀌어도 보장 하징낳음(재전송X, 수신여부 확인X)
  • 적은 오버헤드: 신뢰성이 없는 단순한 구조
  • 순서를 보장하지 않음
  • 신속한 전송이 중요한 경우 사용

• TCP와 UDP 비교

  항목	TCP	UDP
  연결 방식	연결형(Connection-oriented)	비연결형(Connectionless)
  신뢰성	데이터 신뢰성 보장 (재전송, 순서 보장)	신뢰성 보장 안함
  속도	느림 (신뢰성 보장 과정 필요)	빠름
  오버헤드	큼	작음
  사용 예시	웹, 파일 전송(FTP), 이메일(SMTP)	스트리밍, 게임, DNS

5. 서버의 동시 요청 처리

실제 서비스를 제공하는 서버에는 여러 클라이언트가 동시에 접속해서 요청한다
이때 서버가 요청을 하나씩 처리하면 병목 현상이 발생한다
이를 해결하기위해 여러 요청을 동시에 처리하는 서비스가 필요하다

• 동시 요청 처리 흐름

  1. 클라이언트들이 서버로 요청을 보냄
  2. 서버는 요청을 스레드나 스레드 풀을 이용해 비동기적으로 처리
  3. 클라이언트는 응답을 기다리거나, 서버가 처리 완료되면 결과를 받아감
  

방법	설명
멀티 스레드 (Multi-threading)	요청마다 새로운 스레드를 만들어 동시에 처리
스레드 풀 (Thread Pool)	스레드를 매번 새로 만드는 대신, 미리 만들어둔 스레드를 재사용
Non-blocking I/O (NIO)	입출력 대기 없이 처리. 하나의 스레드로 많은 연결 관리 가능
비동기 처리 (Asynchronous)	요청을 보내고 결과가 나올 때까지 기다리지 않고 다음 작업 수행

1) 멀티스레드 방식

• 요청이 들어오면 스레드를 하나 생성해서 요청을 처리

• 빠르게 동시처리 가능하지만, 스레드가 많아지면 메모리 낭비 + 관리 어려움

  Socket socket = serverSocket.accept(); // 요청 수락
  Thread thread = new Thread(new RequestHandler(socket));
  thread.start();
  

2) 스레드 풀 방식

• 미리 정해진 스레드들을 풀(pool)로 관리
• 새 요청이 들어오면 빈 스레드를 할당해서 처리

• 스레드를 만들고 없애는 비용을 줄이고, 서버 자원을 효율적으로 사용

  ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); //최대 10개 스레드를 사용
  executorService.submit(new RequestHandler(socket));
  

3) Non-blocking/NIO 방식

• 한 스레드가 여러 연결을 감시(select) 하면서, 이벤트가 있을 때만 처리
• 서버 스케일이 훨씬 잘된다 (수천, 수만 연결을 관리할 수 있음)
• Java에서는 java.nio.channels 패키지로 구현

6. JSON 데이터 형식 (JavaScript Object Notation)

• JSON: 데이터를 저장하거나 서버와 클라이언트간에 데이터를 주고받을때 사용하는 데이터 교환 형식
• 키-값 쌍을 기반으로 하는 텍스트 기반 데이터 포맷

• 객체는 {}, 배열은 []로 표현

• JSON 규칙

요소	설명	예시
데이터는 키-값 쌍	“key” : “value” 형태	“name”: “Kim”
데이터는 쉼표로 구분	여러 쌍을 나열할 때 , 사용	“name”: “Kim”, “age”: 25
중괄호 {}로 객체 표현	여러 데이터를 하나로 묶음	{ “name”: “Kim”, “age”: 25 }
대괄호 []로 배열 표현	여러 개의 값 저장	[ “apple”, “banana”, “cherry” ]
문자열은 반드시 “큰따옴표” 사용	작은따옴표(‘ ‘) ❌	“city”: “Seoul”

7. TCP 채팅 프로그램

• 채팅 서버와 클라이언트

  

클래스	용도
ChatServer	- 채팅 서버를 실행하는 클래스 - ServerSocket을 생성하고 5001 포트에 바인딩 - 클라이언트 연결을 수락하고, 각 클라이언트마다 SocketClient를 생성
SocketClient	- 클라이언트 1명과 1:1로 통신하는 클래스
ChatClient	- 채팅 클라이언트를 실행하는 클래스 - ChatServer에 연결 요청 - SocketClient와 1:1로 통신

TCP 채팅 프로그램 코드 예시

• [서버] ChatServer

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

public class ChatServer {

	HashMap clients; //Client정보 담아두는 공간

	ChatServer() {
		clients = new HashMap(); // 같은 이름의 사용자 접근 막음
		Collections.synchronizedMap(clients); // 통신용 SocketClient를 관리하는 동기화된 Map콜렉션
	}

	public void start() {
		ServerSocket serverSocket = null;
		Socket socket = null;
		try {
			serverSocket = new ServerSocket(9999); // 1번 작업, 포트번호 9999
			System.out.println("서버 기다림");

			while (true) {
				socket = serverSocket.accept(); // 2번 작업
				System.out.println(socket.getInetAddress() + " " + socket.getPort()+" connect!"); // ip주소 출력
				ServerReceiver thread = new ServerReceiver(socket); // Receiver 클래스 생성해야 함, public void run이 있어야 함
				thread.start(); // class Receiver extends Thread
			}
		} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
	}

	void sendAll(String msg) { // 브로드캐스팅 기능
		Iterator iterator = clients.keySet().iterator(); // 키값(name)
		while (iterator.hasNext()) {
			try {
				DataOutputStream out = (DataOutputStream) clients.get(iterator.next()); // 다운캐스팅
				out.writeUTF(msg);
			} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		new ChatServer().start(); // start함수 쓰면 스레드사용
	}

	class ServerReceiver extends Thread {
		Socket socket;
		DataInputStream in;
		DataOutputStream out;

		ServerReceiver(Socket socket) {
			this.socket = socket;
			try {
				in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
				out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
			} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
		}

		@Override
		public void run() {
			String name = "";
			try {
				name = in.readUTF(); // 클라이언트 쪽에서 보낸 메세지 읽기
				if (clients.get(name) != null) { // 같은 이름 존재
					out.writeUTF("이미 이름 있음: " + name);
					out.writeUTF("다른이름으로 다시 연결!");
					System.out.println(socket.getInetAddress()+": "+socket.getPort()+"disconnect!");
					in.close();
					out.close();
					socket.close();
					socket = null;
				} else { //같은 이름이 존재하지 않는 경우
					sendAll("#"+name +"이 들어왔습니다");
					clients.put(name, out);
					while (in != null) {
						sendAll(in.readUTF());
					}
				}
			} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}
			finally {
				if(socket!=null) {
					sendAll("#"+name+"exit!");
					clients.remove(name);
					System.out.println(socket.getInetAddress()+" "+socket.getPort()+"연결해제됨");
				}
			}
		}

	}
}

• [클라이언트] ChatClient

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class ChatClient {
	public static void main(String[] args) {
		try {
			Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);
			Scanner scanner = new Scanner(System.in);
			System.out.println("이름: ");
			String name = scanner.nextLine();

			Thread sender = new Thread(new Sender(socket,name));
			Thread receiver = new Thread(new Receiver(socket));

			sender.start();
			receiver.start();
		}catch(Exception e){e.printStackTrace();}
	}

	static class Sender extends Thread{ //데이터 보냄 Dataout
		Socket socket;
		String name;
		DataOutputStream out;

		Sender(Socket socket,String name){
			this.socket = socket;
			this.name = name;
			try {
				out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
			}catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
		}

		@Override
		public void run() {
			Scanner s = new Scanner(System.in);
			try {
				if(out != null) //보낼 데이터가 있음
					out.writeUTF(name);
				while(out!=null) {
					String msg = s.nextLine();
					if(msg.equals("stop"))
						break;
					out.writeUTF("("+name+") "+msg);
				}
				out.close();
				socket.close();
			}catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
		}
	}

	static class Receiver extends Thread{ //데이터 보냄 Data in
		Socket socket;
		DataInputStream in;

		Receiver(Socket socket){
			this.socket = socket;
			try {
				in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
			}catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
		}

		@Override
		public void run() {
			while(in!=null) {
				try {
					System.out.println(in.readUTF());
				}catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
				break;
			}
			try {
				in.close();
				socket.close();
			}catch(Exception e) {e.printStackTrace();}
		}
	}
}

• 중첩 클래스, 멀티스레드 구성된 상태임

• 실행화면

※ Scanner 입력받을 때 에러가 나는 경우

//Scanner s = new Scanner(System.in); 가 에러나는 경우도 있음
BufferedReader b = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
int n=Integer.parseInt(b.readLine()); //문자열→정수로 언박싱