9강. 파일 I/O 및 네트워킹

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9강. 파일 I/O 및 네트워킹

소울입니다 2024. 6. 26. 08:30

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챕터 9: 파일 I/O 및 네트워킹

Java의 파일 I/O(Input/Output)와 네트워킹 기능은 데이터의 읽기, 쓰기 및 네트워크 통신을 처리하는 강력한 도구입니다. 이 챕터에서는 파일 I/O와 네트워킹의 기본 개념, 주요 기능, 그리고 이를 활용한 예제 코드를 자세히 설명합니다.

9.1 파일 I/O

Java는 파일 I/O를 처리하기 위해 java.io와 java.nio 패키지를 제공합니다. 이 패키지들은 파일 읽기, 쓰기, 복사, 삭제 등을 수행하는 다양한 클래스를 포함하고 있습니다.

9.1.1 파일 읽기

파일을 읽는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 많이 사용하는 방법 중 하나는 BufferedReader를 사용하는 것입니다. 파일을 읽는 데 있어서 효율성과 편리성을 제공하는 것이 목적입니다.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FileReadExample {
    public static void main(String[] args) {
        // try-with-resources를 사용하여 BufferedReader와 FileReader를 자동으로 닫음
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
            String line;
            // 파일을 한 줄씩 읽어서 출력
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

BufferedReader와 FileReader: BufferedReader는 입력을 버퍼링하여 효율적으로 읽을 수 있게 도와줍니다. FileReader는 파일을 읽는 기본 클래스이며, BufferedReader와 함께 사용하면 더 빠르게 데이터를 읽을 수 있습니다. 이 방법은 큰 파일을 읽을 때 유용합니다. try-with-resources 구문을 사용하여 자원을 자동으로 해제합니다. 이 방식은 명시적으로 close() 메서드를 호출하지 않아도 되므로, 코드가 더 간결하고 안전해집니다.

추가 예제: 파일을 바이트 단위로 읽기

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class FileReadByteExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {
            int content;
            // 파일을 바이트 단위로 읽기
            while ((content = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) content);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

FileInputStream: FileInputStream 클래스는 파일을 바이트 단위로 읽을 수 있게 해줍니다. 이는 바이너리 파일이나 이미지 파일을 읽을 때 유용합니다.

9.1.2 파일 쓰기

파일에 데이터를 쓰는 방법도 여러 가지가 있습니다. BufferedWriter를 사용하는 방법이 일반적입니다. 이는 파일에 데이터를 쓸 때 효율성을 높이고, 데이터를 버퍼링하여 성능을 향상시킵니다.

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class FileReadByteExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {
            int content;
            // 파일을 바이트 단위로 읽기
            while ((content = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) content);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

BufferedWriter와 FileWriter: BufferedWriter는 출력을 버퍼링하여 효율적으로 쓸 수 있게 도와줍니다. FileWriter는 파일에 쓰는 기본 클래스이며, BufferedWriter와 함께 사용하면 더 빠르게 데이터를 쓸 수 있습니다. 이 방법은 파일에 빈번히 데이터를 쓸 때 유용합니다. newLine() 메서드는 시스템의 기본 줄 바꿈 문자를 사용하여 새 줄을 추가합니다. 이를 통해 플랫폼 독립적인 코드를 작성할 수 있습니다.

추가 예제: 파일을 바이트 단위로 쓰기

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileWriteByteExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, Byte World!";
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("example.txt")) {
            // 문자열을 바이트로 변환하여 파일에 쓰기
            fos.write(data.getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

FileOutputStream: FileOutputStream 클래스는 파일에 바이트 단위로 데이터를 쓸 수 있게 해줍니다. 이는 바이너리 파일이나 이미지 파일을 쓸 때 유용합니다.

9.1.3 파일 복사

파일을 복사하는 방법에는 Files 클래스를 사용하는 것이 편리합니다. 이는 파일을 간편하게 복사할 수 있도록 도와줍니다.

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class FileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 소스 파일과 타겟 파일의 경로를 지정
        Path source = Paths.get("source.txt");
        Path target = Paths.get("target.txt");

        try {
            // 파일 복사
            Files.copy(source, target);
            System.out.println("File copied successfully!");
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

Files.copy: Files 클래스는 파일 복사, 이동, 삭제와 같은 작업을 수행하는 정적 메서드를 제공합니다. Files.copy 메서드는 소스 파일을 타겟 위치로 복사합니다. 이 메서드는 파일 복사를 간단하고 효율적으로 처리할 수 있게 해줍니다. 예외 처리를 통해 파일이 제대로 복사되지 않았을 때의 상황을 처리할 수 있습니다.

추가 예제: 파일 이동

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class FileMoveExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 소스 파일과 타겟 파일의 경로를 지정
        Path source = Paths.get("source.txt");
        Path target = Paths.get("moved.txt");

        try {
            // 파일 이동
            Files.move(source, target);
            System.out.println("File moved successfully!");
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

Files.move: Files 클래스의 move 메서드는 파일을 지정된 위치로 이동시킵니다. 이는 파일의 물리적 위치를 변경하는 데 유용합니다.

9.1.4 파일 삭제

파일을 삭제하는 방법도 Files 클래스를 사용하는 것이 좋습니다. 이는 파일을 간편하게 삭제할 수 있도록 도와줍니다.

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class FileDeleteExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 삭제할 파일의 경로를 지정
        Path path = Paths.get("example.txt");

        try {
            // 파일 삭제
            Files.delete(path);
            System.out.println("File deleted successfully!");
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

Files.delete: Files 클래스의 delete 메서드는 지정된 파일을 삭제합니다. 파일이 존재하지 않으면 예외를 발생시켜 파일이 제대로 삭제되었는지 확인할 수 있습니다. 이 메서드는 파일 삭제 작업을 단순하고 명확하게 처리할 수 있게 해줍니다. 예외 처리를 통해 파일이 이미 삭제되었거나 존재하지 않을 때의 상황을 처리할 수 있습니다.

추가 예제: 파일이 존재하는지 확인하고 삭제

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class FileDeleteIfExistsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 삭제할 파일의 경로를 지정
        Path path = Paths.get("example.txt");

        try {
            // 파일이 존재하면 삭제
            if (Files.exists(path)) {
                Files.delete(path);
                System.out.println("File deleted successfully!");
            } else {
                System.out.println("File does not exist!");
            }
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

Files.exists: Files 클래스의 exists 메서드는 파일이 존재하는지 확인합니다. 파일이 존재하는 경우에만 삭제 작업을 수행할 수 있습니다.

9.2 네트워킹

Java의 네트워킹 기능은 java.net 패키지를 통해 제공됩니다. 이 패키지는 TCP와 UDP 통신을 처리하는 다양한 클래스를 포함하고 있습니다.

9.2.1 TCP 소켓 프로그래밍

TCP(Transmission Control Protocol)는 연결 지향 프로토콜로, 신뢰성 있는 통신을 제공합니다. 서버와 클라이언트 간의 연결을 통해 데이터를 주고받습니다.

TCP 서버 예제

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.io.IOException;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) {
        // 서버 소켓을 12345 포트에서 열기
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345)) {
            System.out.println("Server is listening on port 12345");
            while (true) {
                // 클라이언트 연결 대기
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("New client connected");

                // 클라이언트와 통신을 처리할 새 스레드 시작
                new ServerThread(socket).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class ServerThread extends Thread {
    private Socket socket;

    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        // try-with-resources를 사용하여 BufferedReader와 PrintWriter를 자동으로 닫음
        try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {

            String message;
            // 클라이언트로부터 메시지를 읽고 에코 메시지 전송
            while ((message = in.readLine()) != null) {
                System.out.println("Received: " + message);
                out.println("Echo: " + message);
            }
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

ServerSocket: ServerSocket 클래스는 서버가 클라이언트의 연결을 수락할 수 있도록 합니다. 특정 포트에서 들어오는 연결 요청을 기다립니다. 클라이언트가 연결을 요청하면 새로운 소켓을 생성하여 통신을 처리합니다.
Socket: Socket 클래스는 클라이언트와 서버 간의 연결을 나타냅니다. 서버는 클라이언트의 요청을 수락하고, 소켓을 통해 클라이언트와 데이터를 주고받습니다.
BufferedReader와 PrintWriter: BufferedReader는 클라이언트로부터 데이터를 효율적으로 읽을 수 있게 해주고, PrintWriter는 클라이언트에게 데이터를 효율적으로 쓸 수 있게 해줍니다. 이는 클라이언트-서버 통신에서 문자열 데이터를 주고받을 때 유용합니다. 각 클라이언트 연결은 별도의 스레드에서 처리되어 다중 클라이언트를 동시에 처리할 수 있습니다.
TCP 클라이언트 예제

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.io.IOException;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) {
        // 서버에 연결
        try (Socket socket = new Socket("localhost", 12345);
             BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
             BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {

            String userInput;
            // 사용자 입력을 서버에 전송하고 에코 메시지를 출력
            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                out.println(userInput);
                System.out.println("Echo from server: " + in.readLine());
            }
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

Socket: Socket 클래스는 클라이언트가 서버에 연결할 수 있도록 합니다. 클라이언트는 서버에 연결하고, 소켓을 통해 데이터를 주고받습니다. 이는 클라이언트-서버 통신에서 필수적인 연결 객체입니다.
BufferedReader와 PrintWriter: BufferedReader는 서버로부터 데이터를 효율적으로 읽을 수 있게 해주고, PrintWriter는 서버에게 데이터를 효율적으로 쓸 수 있게 해줍니다. 클라이언트는 사용자의 입력을 서버로 전송하고, 서버로부터의 응답을 출력합니다. 이는 텍스트 데이터를 쉽게 송수신할 수 있게 해줍니다.

추가 예제: 여러 클라이언트 지원

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TCPMultiClientServer {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(4);
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345)) {
            System.out.println("Server is listening on port 12345");
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("New client connected");
                pool.execute(new ServerThread(socket));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class ServerThread extends Thread {
    private Socket socket;

    public ServerThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {

            String message;
            while ((message = in.readLine()) != null) {
                System.out.println("Received: " + message);
                out.println("Echo: " + message);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

ExecutorService: ExecutorService는 스레드 풀을 관리합니다. 이를 통해 서버는 여러 클라이언트 연결을 동시에 처리할 수 있습니다.
Executors.newFixedThreadPool: 고정된 크기의 스레드 풀을 생성합니다. 이 방법은 서버가 동시에 처리할 수 있는 클라이언트 연결 수를 제한합니다.

9.2.2 UDP 소켓 프로그래밍

UDP(User Datagram Protocol)는 비연결 지향 프로토콜로, 신뢰성은 떨어지지만 빠른 통신이 가능합니다. 데이터그램을 통해 데이터를 주고받습니다.

UDP 서버 예제

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.io.IOException;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) {
        // UDP 소켓을 12345 포트에서 열기
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(12345)) {
            byte[] buffer = new byte[1024];

            while (true) {
                // 클라이언트로부터 데이터그램 수신
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
                socket.receive(packet);
                String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println("Received: " + received);

                // 에코 응답 전송
                String response = "Echo: " + received;
                byte[] responseBytes = response.getBytes();
                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(responseBytes, responseBytes.length, packet.getAddress(), packet.getPort());
                socket.send(responsePacket);
            }
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

DatagramSocket: DatagramSocket 클래스는 UDP 소켓을 나타냅니다. 서버는 지정된 포트에서 데이터그램을 수신하고, 데이터그램을 클라이언트로 전송합니다. 이는 비연결형 통신을 처리할 때 유용합니다.
DatagramPacket: DatagramPacket 클래스는 데이터그램을 나타냅니다. 데이터를 포함하는 패킷을 생성하고, 이를 통해 데이터를 주고받습니다. 이 클래스는 UDP 통신에서 데이터를 송수신하는 기본 단위입니다.
UDP 클라이언트 예제

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.io.IOException;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) {
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
            InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
            byte[] buffer = new byte[1024];

            // 서버에 전송할 메시지 생성
            String message = "Hello, UDP Server!";
            byte[] messageBytes = message.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(messageBytes, messageBytes.length, address, 12345);
            socket.send(packet);

            // 서버로부터 응답 수신
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            System.out.println("Response from server: " + response);
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

DatagramSocket: DatagramSocket 클래스는 UDP 소켓을 나타냅니다. 클라이언트는 서버에 데이터그램을 전송하고, 데이터그램을 통해 데이터를 수신합니다. 이는 비연결형 통신을 처리할 때 유용합니다.
DatagramPacket: DatagramPacket 클래스는 데이터그램을 나타냅니다. 클라이언트는 메시지를 포함하는 패킷을 생성하고, 이를 서버에 전송합니다. 서버로부터 응답을 수신하여 이를 출력합니다. 이 클래스는 UDP 통신에서 데이터를 송수신하는 기본 단위입니다.

추가 예제: 비동기 UDP 통신

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.io.IOException;

public class AsyncUDPClient {
    public static void main(String[] args) {
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
            InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
            byte[] buffer = new byte[1024];

            // 서버에 전송할 메시지 생성
            String message = "Hello, UDP Server!";
            byte[] messageBytes = message.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(messageBytes, messageBytes.length, address, 12345);
            socket.send(packet);

            // 비동기로 응답 수신
            CompletableFuture.runAsync(() -> {
                try {
                    DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
                    socket.receive(responsePacket);
                    String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
                    System.out.println("Response from server: " + response);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).join();  // 응답을 기다림
        } catch (IOException e) {
            // IOException이 발생하면 스택 트레이스를 출력
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명:

CompletableFuture.runAsync: CompletableFuture를 사용하여 비동기 작업을 수행합니다. 이를 통해 클라이언트는 서버로부터의 응답을 비동기적으로 수신할 수 있습니다.
join: 비동기 작업이 완료될 때까지 기다립니다. 이를 통해 비동기 작업의 완료를 동기적으로 처리할 수 있습니다.

이로써 Java의 파일 I/O 및 네트워킹에 대해 자세히 설명하고, 각 개념을 코드와 예시를 통해 설명했습니다. 다음 챕터에서는 Java를 이용한 기초 프로젝트 구성에 대해 다루겠습니다.

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