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用Java構建穩定的Ftp服務器
在www風行的今天，Ftp已經遠不如以前使用得廣泛，但是在許多大學等科研單位，Ftp仍然是最常用的文件交換方式。
構建一個Ftp服務器要比構建一個Ftp客戶端來得簡單，因為服務器不需要復雜的圖形界面。相比傳統的C/C++，使用Java的多線程和網絡編程能令我們更輕易地開發出穩定可靠的Ftp服務器。
Ftp協議簡介
File Transfer Protocol，文件傳輸協議，顧名思義，Ftp就是用于文件的傳輸，Ftp協議是基于TCP協議的，因此，在一個Ftp會話開始前，客戶端和服務器必須首先建立一個TCP連接，這個TCP連接通常被稱作控制連接，客戶端通過此連接向服務器發送FTP命令，服務器處理命令后，將返回一個響應碼。
每個命令必須有最少一個響應，如果是多個，要易于區別。FTP響應由三個數字構成，后面是一些文本。數字帶有足夠的信息，客戶端程序不用知道后面的文本就知道發生了什么。文本信息與服務器相關，不同的用戶，不同的服務器可能有不同的文本信息。文本和數字以空格間隔，文本后以換行符（\n）結束。如果文本多于一行，第一行內要有信息表示這是多行文本，最后一行也要標記為結束行。比如客戶端發送獲取當前目錄的命令“PWD”，服務器的響應可能是：
200 /pub/incoming
響應碼的三位數字都有明確的含義：
1xx 確定預備應答，這類響應用于說明命令被接受，但請求的操作正在被初始化，在進入下一個命令前等待另外的應答。
2xx 確定完成應答，要求的操作已經完成，可以執行新命令。
3xx 確定中間應答，命令已接受，但要求的操作被停止。
4xx 暫時拒絕完成應答，未接受命令，但錯誤是臨時的，過一會兒可以再次發送消息，比如服務器忙。
5yz 永遠拒絕完成應答，此類響應碼一般表示錯誤，如拒絕登陸。
第二位數字代表的意義：
x0x 格式錯誤；
x1x 此類應答是為了請求信息的；
x2x 此類應答是關于控制和數據連接的；
x3x 關于認證和帳戶登錄過程；
x4x 未使用；
x5x 此類應答是關于文件系統的；
常見的相應有：
200 命令執行成功；
202 命令未實現；
230 用戶登錄；
331 用戶名正確，需要口令；
450 請求的文件操作未執行；
500 命令不可識別
502 命令未實現
一個Ftp會話過程中，始終有一個控制連接，如果客戶端請求文件，則會有一個數據連接，但FTP協議規定：只要關閉了控制連接，數據連接（如果有）也必須關閉。
不同的FTP服務器對FTP命令的支持程度可能不同，但是TCP標準定義了所有FTP服務器都必須實現的命令，我們的目標就是構建一個實現這個最小命令集的FTP服務器。
我們用Java來開發一個簡單的Ftp服務器。
為了簡單起見，我們只設計兩個類：一個FtpServer類用于監聽，一個FtpConnection類代表一個用戶連接，每個連接都使用一個線程。
FtpServer負責初始化ServerSocket并監聽用戶連接，它接受一個參數來初始化Ftp服務器的根目錄：
package com.loubing.ftp;
import java.net.*;
public class FtpServer extends Thread {
public static final int ftpPort = 21;//定義ftp服務器端口為21
ServerSocket ftpServer = null;
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
if(args.length!=1) {
System.out.println("Usage:");
System.out.println("java FtpServer [root dir]");
System.out.println("nExample:");
System.out.println("java FtpServer C:\\ftp\\");
return;
}
FtpConnection.root =args[0];
System.out.println("[info]ftp server root: " + FtpConnection.root);
new FtpServer().start();
}
public void run() {
Socket socket = null ;
try {
ftpServer = new ServerSocket(ftpPort);
System.out.println("[info] listening port: " + ftpPort);
while(true){
socket = ftpServer.accept();
new FtpConnection(socket).start();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
package com.loubing.ftp;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
public class FtpConnection extends Thread {
static public String root = null;
private String currentDir = "/";//當前目錄
private Socket socket;
private BufferedReader reader = null;//讀取器
private BufferedWriter writer = null;//寫入器
private String clientIP = null;
private Socket tempSocket = null;//tempSocket用來傳輸文件
private ServerSocket pasvSocket = null;//用于被動模式
private String host = null;
private int port = (-1);
public FtpConnection(Socket socket){
this.socket = socket;
this.clientIP = socket.getInetAddress().getHostAddress();
}
public void run() {
String command ;
try {
System.out.println(clientIP + " connected! ");
socket.setSoTimeout(60000);//ftp超時設定
reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
response("220-歡迎消息......");
response("220-歡迎消息......");
response("220 注意最后一行消息沒有”-“");
while(true){
command = reader.readLine();
if (command == null) {
break;
}
System.out.println("command from " + clientIP + ":" + command);
parseCommand(command);
if(command.equals("QUIT"))break;//收到QUIT命令
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (reader!=null)reader.close();
} catch (Exception e){}
try {
if (writer!=null)writer.close();
} catch (Exception e){}
try {
if(this.pasvSocket!=null) pasvSocket.close();
} catch (Exception e) {}
try {
if(this.tempSocket!=null) tempSocket.close();
} catch (Exception e) {}
try {
if(this.socket!=null) socket.close();
} catch (Exception e) {}
}
}
//發送信息
private void response(String s) throws Exception {
writer.write(s);
writer.newLine();
writer.flush();
}
//生成一個字符串
private static String pad(int length) {
StringBuffer buf = new StringBuffer();
for(int i=0;i<length;i++) {
buf.append((char)' ');
}
return buf.toString();
}
//獲取參數
private String getParam(String cmd ,String start) {
String s = cmd.substring(start.length(),cmd.length());
return s.trim();
}
// 獲取路徑
private String translatePath(String path) {
if(path==null) return root;
if(path.equals("")) return root;
path = path.replace('/', '\\');
return root + path;
}
// 獲取文件長度，注意是一個字符串
private String getFileLength(long length) {
String s = Long.toString(length);
int spaces = 12 - s.length();
for(int i=0; i<spaces; i++)
s = " " + s;
return s;
}
private void parseCommand(String s) throws Exception {
if(s==null || s.equals(""))
return;
if(s.startsWith("USER ")) {
response("331 need password");
}
else if(s.startsWith("PASS ")) {
response("230 welcome to my ftp!");
}
else if(s.equals("QUIT")) {
response("221 歡迎再來！");
}
else if(s.equals("TYPE A")) {
response("200 TYPE set to A.");
}
else if(s.equals("TYPE I")) {
response("200 TYPE set to I.");
}
else if(s.equals("NOOP")) {
response("200 NOOP OK.");
}
else if(s.startsWith("CWD")) { // 設置當前目錄，注意沒有檢查目錄是否有效
this.currentDir = getParam(s, "CWD ");
response("250 CWD command successful.");
}
else if(s.equals("PWD")) { // 打印當前目錄
response("257 \"" + this.currentDir + "\" is current directory.");
}
else if(s.startsWith("PORT ")) {
// 記錄端口
String[] params = getParam(s, "PORT ").split(",");
if(params.length<=4 || params.length>=7)
response("500 command param error.");
else {
this.host = params[0] + "." + params[1] + "." + params[2] + "." + params[3];
String port1 = null;
String port2 = null;
if(params.length == 6) {
port1 = params[4];
port2 = params[5];
}
else {
port1 = "0";
port2 = params[4];
}
this.port = Integer.parseInt(port1) * 256 + Integer.parseInt(port2);
response("200 command successful.");
}
}
else if(s.equals("PASV")) { // 進入被動模式
if(pasvSocket!=null)
pasvSocket.close();
try {
pasvSocket = new ServerSocket(0);
int pPort = pasvSocket.getLocalPort();
String s_port;
if(pPort<=255)
s_port = "255";
else {
int p1 = pPort / 256;
int p2 = pPort - p1*256;
s_port = p1 + "," + p2;
}
pasvSocket.setSoTimeout(60000);
response("227 Entering Passive Mode ("
+ InetAddress.getLocalHost().getHostAddress().replace('.', ',')
+ "," + s_port + ")");
}
catch(Exception e) {
if(pasvSocket!=null) {
pasvSocket.close();
pasvSocket = null;
}
}
}
else if(s.startsWith("RETR")) { // 傳文件
String file = currentDir + (currentDir.endsWith("/") ? "" : "/") + getParam(s, "RETR");
System.out.println("download file: " + file);
Socket dataSocket;
// 根據上一次的PASV或PORT命令決定使用哪個socket
if(pasvSocket!=null)
dataSocket = pasvSocket.accept();
else
dataSocket = new Socket(this.host, this.port);
OutputStream dos = null;
InputStream fis = null;
response("150 Opening ASCII mode data connection.");
try {
fis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(translatePath(file)));
dos = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(dataSocket.getOutputStream()));
// 開始正式發送數據:
byte[] buffer = new byte[20480]; // 發送緩沖 20k
int num = 0; // 發送一次讀取的字節數
do {
num = fis.read(buffer);
if(num!=(-1)) {
// 發送：
dos.write(buffer, 0, num);
dos.flush();
}
} while(num!=(-1));
fis.close();
fis = null;
dos.close();
dos = null;
dataSocket.close();
dataSocket = null;
response("226 transfer complete."); // 響應一個成功標志
}
catch(Exception e) {
response("550 ERROR: File not found or access denied.");
}
finally {
try {
if(fis!=null) fis.close();
if(dos!=null) dos.close();
if(dataSocket!=null) dataSocket.close();
}
catch(Exception e) {}
}
}
else if(s.equals("LIST")) { // 列當前目錄文件
Socket dataSocket;
// 根據上一次的PASV或PORT命令決定使用哪個socket
if(pasvSocket!=null)
dataSocket = pasvSocket.accept();
else
dataSocket = new Socket(this.host, this.port);
PrintWriter writer = new PrintWriter(new BufferedOutputStream(dataSocket.getOutputStream()));
response("150 Opening ASCII mode data connection.");
try {
responseList(writer, this.currentDir);
writer.close();
dataSocket.close();
response("226 transfer complete.");
}
catch(IOException e) {
writer.close();
dataSocket.close();
response(e.getMessage());
}
dataSocket = null;
}
else {
response("500 invalid command"); // 沒有匹配的命令，輸出錯誤信息
}
}
// 響應LIST命令
private void responseList(PrintWriter writer, String path) throws IOException {
File dir = new File(translatePath(path));
if(!dir.isDirectory())
throw new IOException("550 No such file or directory");
File[] files = dir.listFiles();
String dateStr;
for(int i=0; i<files.length; i++) {
dateStr = new SimpleDateFormat("MMM dd hh:mm").format(new Date(files[i].lastModified()));
if(files[i].isDirectory()) {
writer.println("drwxrwxrwx 1 ftp System 0 "
+ dateStr + " " + files[i].getName());
}
else {
writer.println("-rwxrwxrwx 1 ftp System "
+ getFileLength(files[i].length()) + " " + dateStr + " " + files[i].getName());
}
}
String file_header = "-rwxrwxrwx 1 ftp System 0 Aug 5 19:59 ";
String dir_header = "drwxrwxrwx 1 ftp System 0 Aug 15 19:59 ";
writer.println("total " + files.length);
writer.flush();
}
}
基本上我們的Ftp已經可以運行了，注意到我們在FtpConnection中處理USER和PASS命令，直接返回200 OK，如果需要驗證用戶名和口令，還需要添加相應的代碼。
如何調試Ftp服務器？
有個最簡單的方法，便是使用現成的Ftp客戶端，推薦CuteFtp，因為它總是把客戶端發送的命令和服務器響應打印出來，我們可以非常方便的看到服務器的輸出結果。
另外一個小Bug，文件列表在CuteFtp中可以正常顯示，在其他Ftp客戶端不一定能正常顯示，這說明輸出響應的“兼容性”還不夠好，有空了看看Ftp的RFC再改進！:）
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