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Java 多線程網段掃描器：高效 Ping 掃描實作

編輯：Java 相關知識

專案目標與效能指標

掃描 500 IP 耗時 ~10 秒
單 IP 等待上限 0.3 秒
線程池控制：最大 30 條並發線程
結果儲存於 Hashtable（IP → Boolean 可達性）

核心架構設計

生產者-消費者模式

public class IpScanner implements Runnable {
    // 靜態共享資源
    static Hashtable pingResults = new Hashtable();
    static int activeThreads = 0;
    static final int MAX_THREADS = 30;
    
    // 掃描目標 IP
    private String targetIp;
}

線程啟動控制 `Ping(String ip)`

public static void Ping(String ip) throws Exception {
    // 等待可用線程槽
    while (activeThreads > MAX_THREADS) 
        Thread.sleep(50);
    
    activeThreads++;
    new Thread(new IpScanner(ip)).start();
}

掃描執行邏輯 `run()`

public void run() {
    try {
        // 執行系統 ping 命令：Windows 參數 -w 300ms -n 1
        Process p = Runtime.getRuntime().exec("ping " + targetIp + " -w 300 -n 1");
        InputStreamReader ir = new InputStreamReader(p.getInputStream());
        LineNumberReader input = new LineNumberReader(ir);
        
        // 跳過前 6 行標題輸出
        for (int i = 1; i < 7; i++) input.readLine();
        
        // 第 7 行包含回應資訊
        String line = input.readLine();
        boolean reachable = !(line.length() < 17 || line.substring(8, 17).equals("timed out"));
        
        pingResults.put(targetIp, reachable);
    } catch (IOException e) {
        pingResults.put(targetIp, false);
    } finally {
        activeThreads--;  // 釋放線程槽
    }
}

批次掃描協調 `PingAll()`

public void PingAll() throws Exception {
    activeThreads = 0;
    pingResults = new Hashtable();
    
    // 遍歷所有目標 IP（需實作 next()/cur.ip 邏輯）
    while (next()) {
        Ping(cur.ip);
    }
    
    // 等待所有線程完成
    while (activeThreads > 0) 
        Thread.sleep(50);
}

關鍵技術細節

平台相容性處理

原始碼使用 Windows ping 參數（-w 超時毫秒、-n 封包數）。Linux/macOS 需改為 -W 1 -c 1。建議封裝平台差異：

String pingCmd = System.getProperty("os.name").startsWith("Windows") 
    ? "ping -w 300 -n 1 " 
    : "ping -W 1 -c 1 ";

資源洩漏風險

Process 未銷毀：需呼叫 p.destroy() 或確保 p.waitFor()
流未關閉：使用 try-with-resources 管理 InputStreamReader
線程計數競態：activeThreads++/-- 應用 AtomicInteger 或 synchronized

進階優化方向

1. 使用 Java 原生 `InetAddress.isReachable()`

boolean reachable = InetAddress.getByName(ip).isReachable(300);

優點：跨平台、無需解析文字輸出。缺點：需 ICMP 權限（Linux 需 root），某些防火牆封鎖。

2. NIO 非阻塞 Socket 掃描

針對 TCP 端口掃描（如 80, 443, 3389），使用 Selector 實現萬級並發，效能遠超進程啟動。

3. 線程池替換手動計數

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(30);
for (String ip : targets) {
    pool.submit(() -> scanIp(ip));
}
pool.shutdown();
pool.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);

4. 結果持久化與擴充

整合 nbtstat -A 獲取 NetBIOS 名稱、MAC、登入用戶
結果寫入資料庫/CSV，支援歷史比對
Web 介面即時顯示掃描進度與熱力圖

完整可執行範例（修正版）

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class NetworkScanner {
    static ConcurrentMap results = new ConcurrentHashMap<>();
    static final int MAX_THREADS = 50;
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String baseIp = "192.168.1.";
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(MAX_THREADS);
        
        for (int i = 1; i <= 254; i++) {
            final String ip = baseIp + i;
            pool.submit(() -> {
                try {
                    boolean up = InetAddress.getByName(ip).isReachable(200);
                    results.put(ip, up);
                    if (up) System.out.println(ip + " 可達");
                } catch (IOException e) {
                    results.put(ip, false);
                }
            });
        }
        
        pool.shutdown();
        pool.awaitTermination(2, TimeUnit.MINUTES);
        System.out.println("掃描完成，共 " + results.size() + " 個 IP");
    }
}