利用Java实现服务器应用程序与Matlab客户端的套接字通信

Question

我有一个书面的C++服务器应用程序，我希望能够控制从Matlab。到目前为止，我已经在套接字通信中使用了mex函数，但是我想放弃mex函数，直接在m文件中使用内联Java。这将是一个更精简的解决方案。

我的基于C++的独立应用程序需要一条具有以下数据的消息，如下所示。。。

协议的这一部分是固定的，不能更改：

• uint32 magic_number --这是一个神奇的数字(445566)，它必须位于消息的开头，否则消息的其余部分将被忽略。
• uint32 num_bytes --这是消息块其余部分使用的字节数(不包括最初的8个字节)。

协议的这一部分是我设计的，可以修改：

• 接下来是一个由4个uint8值(如ipv4地址)组成的头部，向应用程序发送以下数据所代表的信息(如果后面有任何数据)。
• 在此之后，剩余的字节可以表示许多不同的东西。最常见的情况是，这是一个字符串(键值)，后面是一个长的浮点值数组(音频数据)。但是，可能只有一个字符串，或者它们可能只是一个浮点值数组。这4个uint8值让服务器知道这里期望的是什么。

正如您所看到的，我目前正在将所有内容压缩到一个uint8数组中(一个巨大的传说)。这是因为java“写”函数需要一个字节数组，而Matlab uint8数组是我在Mathworks站点将数据传递给Java方法上使用下表时发现的兼容数据类型。

我不是Java程序员，但今天下午我成功地获得了一些非常简单的通信代码并运行。有人能帮我把这做得更好吗？

import java.net.Socket
import java.io.*

mySocket = Socket('localhost', 12345);
output_stream   = mySocket.getOutputStream;
d_output_stream = DataOutputStream(output_stream);


data = zeros(12,1,'uint8');

%Magic key: use this combination of uint8s to make
% a uint32 value of = 445566 -> massive code-smell
data(1) = 126;
data(2) = 204;
data(3) = 6;

%Size of message block:
%total number of bytes in following message including header
%This is another uint32 i.e. (data(5:8))

data(5) = 4;

%header B: a group of 4 uint8s
data(9) = 1;
data(10) = 2;
data(11) = 3;
data(12) = 4;

%Main block of floats
%????


d_output_stream.write(data,0,numel(data));


pause(0.2);
mySocket.close;

我已经尝试过发送一个java对象，该对象由我想发送的数据的不同部分组成，但我不确定它们是如何在内存中排序的。在C/C++中，很容易在一个连续的内存块中附加不同的数据类型，然后发送它。在Java中，有什么简单的方法可以让我做到这一点吗？我最终也想做双向沟通，但现在可以等了.感谢您的阅读。

Answer 1

这里至少有两个不同的问题。一个是如何构造这样一个协议的Matlab代码。另一种方法是如何在您的有线协议中表示可能复杂的数据。

至于组织Matlab代码，您可以使用一个类以更结构化的方式组织消息，并使用typecast将数字转换为字节。也许是这样的。这假设您的客户机和服务器具有相同的原生类型表示，并忽略网络字节排序(htonl/ntohl)。

classdef learnvst_message
    %//LEARNVST_MESSAGE Message for learnvst's example problem
    %
    % Examples:
    % msg = learnvst_message;
    % msg.payload = { 'Hello world', 1:100 }
    % msg.payloadType = uint8([ 5 12 0 0 ]);  % guessing on this

    properties
        magicNumber = uint32(445566);
        payloadType = zeros(4, 1, 'uint8');  %// header B
        payload = {};
    end

    methods
        function out = convertPayload(obj)
        %//CONVERTPAYLOAD Converts payload to a single array of bytes
        byteChunks = cellfun(@convertPayloadElement, obj.payload, 'UniformOutput',false);
        out = cat(2, byteChunks{:});
        end

        function out = marshall(obj)
        payloadBytes = convertPayload(obj);
        messageSize = uint32(4 + numel(payloadBytes)); %// ex first 8 bytes
        out.headerBytes = [
            typecast(obj.magicNumber, 'uint8') ...
            obj.payloadType ...
            typecast(messageSize, 'uint8')];
        out.payloadBytes = payloadBytes;
        end

        function sendTo(obj, host, port)
        m = marshall(obj);
        mySocket = Socket(host, port);
        d_output = mySocket.getOutputStream();
        d_output.write(m.headerBytes, 0, numel(m.headerBytes));
        d_output.write(m.messageBytes, 0, numel(m.messageBytes));
        mySocket.close();
        end

    end
end

function out = convertPayloadElement(x)
if isnumeric(x)
    out = typecast(x, 'uint8');
elseif ischar(x)
    % Assumes receiver likes 16-bit Unicode chars
    out = typecast(uint16(x), 'uint8');
else
    % ... fill in other types here ...
    % or define a payload_element class that marshalls itself and call
    % it polymorphically
    error('Unsupported payload element type: %s', class(x));
end
end

我认为，它的可读性更强，代码气味也更少一些。作为调用者，您可以以更结构化的形式处理数据，并在类的编组方法中封装到有线协议字节的转换。"convertPayload“就是”将一个由许多不同数据类型组成的通用内存块拼接在一起“。在Matlab中，uint8数组是将不同数据类型的表示附加到内存块中的一种方法。它基本上是unsigned char []的包装器，具有自动重新分配的功能。typecast(...,'uint8')相当于在C/C++中对char *进行重新解释。看看他们两个人的帮助。

但这带来了更多的问题。服务器如何知道每个有效负载的组件有多长，如果是多维的，它们的形状是什么，以及它们各自的类型是什么？或者，如果它们是复杂的数据类型，它们可以嵌套吗？您可能需要在每个有效负载元素中嵌入小的头。上面的代码假定4字节的有效载荷类型头完全描述了有效载荷内容。

听起来，您要寻找的可能是一种基于异构数组的数据的自描述格式。有一些现有的格式，包括NetCDF、HDF5和Matlab自己的MAT文件。Matlab已经内置了对它们的支持，或者您可以为它们引入第三方Java库。

就速度而言，每次通过Matlab/Java边界传递数据时，您都必须付费。大型原始数组的转换成本相对较低，因此在将大部分消息传递给Java之前，您可能希望将大部分消息打包到一个字节数组中，而不是进行大量单独的write()调用。这将取决于您的数据有多大和多复杂。有关一些Matlab操作(包括Java调用)的成本，请参见MATLAB是慢的还是我做错了什么？。(完全披露:这是一个自动插头。)