本文轉(zhuǎn)自：https://github.com/jasonGeng88/blog
本系列文章將整理到我在GitHub上的《Java面試指南》倉庫，更多精彩內(nèi)容請到我的倉庫里查看
https://github.com/h3pl/Java-Tutorial
喜歡的話麻煩點(diǎn)下Star哈
文章將同步到我的個人博客：
www.how2playlife.com
本文是微信公眾號【Java技術(shù)江湖】的《不可輕視的Java網(wǎng)絡(luò)編程》其中一篇，本文部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，為了把本文主題講得清晰透徹，也整合了很多我認(rèn)為不錯的技術(shù)博客內(nèi)容，引用其中了一些比較好的博客文章，如有侵權(quán)，請聯(lián)系作者。
該系列博文會告訴你如何從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識入手，一步步地學(xué)習(xí)Java網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，從socket到nio、bio、aio和netty等網(wǎng)絡(luò)編程知識，并且進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)編程是每一個Java后端工程師必須要學(xué)習(xí)和理解的知識點(diǎn)，進(jìn)一步來說，你還需要掌握Linux中的網(wǎng)絡(luò)編程原理，包括IO模型、網(wǎng)絡(luò)編程框架netty的進(jìn)階原理，才能更完整地了解整個Java網(wǎng)絡(luò)編程的知識體系，形成自己的知識框架。
為了更好地總結(jié)和檢驗(yàn)?zāi)愕膶W(xué)習(xí)成果，本系列文章也會提供部分知識點(diǎn)對應(yīng)的面試題以及參考答案。
如果對本系列文章有什么建議，或者是有什么疑問的話，也可以關(guān)注公眾號【Java技術(shù)江湖】聯(lián)系作者，歡迎你參與本系列博文的創(chuàng)作和修訂。
今天，和大家聊一下 JAVA 中的 socket 通信問題。這里采用最簡單的一請求一響應(yīng)模型為例，假設(shè)我們現(xiàn)在需要向 baidu 站點(diǎn)進(jìn)行通信。我們用 JAVA 原生的 socket 該如何實(shí)現(xiàn)。
首先，我們需要建立 socket 連接（核心代碼）
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;// 初始化 socket
Socket socket = new Socket();
// 初始化遠(yuǎn)程連接地址
SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port);
// 建立連接
socket.connect(remote);
成功建立 socket 連接后，我們就能獲得它的輸入輸出流，通信的本質(zhì)是對輸入輸出流的處理。通過輸入流，讀取網(wǎng)絡(luò)連接上傳來的數(shù)據(jù)，通過輸出流，將本地的數(shù)據(jù)傳出給遠(yuǎn)端。
socket 連接實(shí)際與處理文件流有點(diǎn)類似，都是在進(jìn)行 IO 操作。
獲取輸入、輸出流代碼如下：
// 輸入流
InputStream in = socket.getInputStream();
// 輸出流
OutputStream out = socket.getOutputStream();
關(guān)于 IO 流的處理，我們一般會用相應(yīng)的包裝類來處理 IO 流，如果直接處理的話，我們需要對?byte[]?進(jìn)行操作，而這是相對比較繁瑣的。如果采用包裝類，我們可以直接以string、int等類型進(jìn)行處理，簡化了 IO 字節(jié)操作。
下面以?BufferedReader?與?PrintWriter?作為輸入輸出的包裝類進(jìn)行處理。
// 獲取 socket 輸入流
private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException {
InputStream in = socket.getInputStream();
return new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
}// 獲取 socket 輸出流
private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException {
OutputStream out = socket.getOutputStream();
return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out));
}
有了 socket 連接、IO 輸入輸出流，下面就該向發(fā)送請求數(shù)據(jù)，以及獲取請求的響應(yīng)結(jié)果。
因?yàn)橛辛?IO 包裝類的支持，我們可以直接以字符串的格式進(jìn)行傳輸，由包裝類幫我們將數(shù)據(jù)裝換成相應(yīng)的字節(jié)流。
因?yàn)槲覀兣c baidu 站點(diǎn)進(jìn)行的是 HTTP 訪問，所有我們不需要額外定義輸出格式。采用標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP 傳輸格式，就能進(jìn)行請求響應(yīng)了（某些特定的 RPC 框架，可能會有自定義的通信格式）。
請求的數(shù)據(jù)內(nèi)容處理如下：
重慶分公司
重慶分公司
public class HttpUtil {public static String compositeRequest(String host){
return "GET / HTTP/1.1\r\n" +
"Host: " + host + "\r\n" +
"User-Agent: curl/7.43.0\r\n" +
"Accept: */*\r\n\r\n";
}
}
發(fā)送請求數(shù)據(jù)代碼如下：
// 發(fā)起請求
PrintWriter writer = getWriter(socket);
writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
writer.flush();
接收響應(yīng)數(shù)據(jù)代碼如下：
// 讀取響應(yīng)
String msg;
BufferedReader reader = getReader(socket);
while ((msg = reader.readLine()) != null){
System.out.println(msg);
}
至此，講完了原生 socket 下的創(chuàng)建連接、發(fā)送請求與接收響應(yīng)的所有核心代碼。
完整代碼如下：
import java.io.*;import java.net.InetSocketAddress;import java.net.Socket;import java.net.SocketAddress;import com.test.network.util.HttpUtil; public class SocketHttpClient { public void start(String host, int port) { // 初始化 socket Socket socket = new Socket(); try { // 設(shè)置 socket 連接 SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port); socket.setSoTimeout(5000); socket.connect(remote); // 發(fā)起請求 PrintWriter writer = getWriter(socket); System.out.println(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.flush(); // 讀取響應(yīng) String msg; BufferedReader reader = getReader(socket); while ((msg = reader.readLine()) != null){ System.out.println(msg); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { socket.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException { InputStream in = socket.getInputStream(); return new BufferedReader(new InputStreamReader(in)); } private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException { OutputStream out = socket.getOutputStream(); return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out)); } }下面，我們通過實(shí)例化一個客戶端，來展示 socket 通信的結(jié)果。
public class Application {public static void main(String[] args) {
new SocketHttpClient().start("www.baidu.com", 80);
}
}
結(jié)果輸出：
這種方式，雖然實(shí)現(xiàn)功能沒什么問題。但是我們細(xì)看，發(fā)現(xiàn)在 IO 寫入與讀取過程，是發(fā)生了 IO 阻塞的情況。即：
// 會發(fā)生 IO 阻塞writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));reader.readLine();所以如果要同時請求10個不同的站點(diǎn)，如下：
public class SingleThreadApplication {public static void main(String[] args) {
// HttpConstant.HOSTS 為 站點(diǎn)集合
for (String host: HttpConstant.HOSTS) {
new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
}
}
}
它一定是第一個請求響應(yīng)結(jié)束后，才會發(fā)起下一個站點(diǎn)處理。
這在服務(wù)端更明顯，雖然這里的代碼是客戶端連接，但是具體的操作和服務(wù)端是差不多的。請求只能一個個串行處理，這在響應(yīng)時間上肯定不能達(dá)標(biāo)。
有人覺得這根本不是問題，JAVA 是多線程的編程語言。對于這種情況，采用多線程的模型再合適不過。
public class MultiThreadApplication { public static void main(String[] args) { for (final String host: HttpConstant.HOSTS) { Thread t = new Thread(new Runnable() { public void run() { new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT); } }); t.start(); } }}這種方式起初看起來挺有用的，但并發(fā)量一大，應(yīng)用會起很多的線程。都知道，在服務(wù)器上，每一個線程實(shí)際都會占據(jù)一個文件句柄。而服務(wù)器上的句柄數(shù)是有限的，而且大量的線程，造成的線程間切換的消耗也會相當(dāng)?shù)拇?。所以這種方式在并發(fā)量大的場景下，一定是承載不住的。
既然線程太多不行，那我們控制一下線程創(chuàng)建的數(shù)目不就行了。只啟動固定的線程數(shù)來進(jìn)行 socket 處理，既利用了多線程的處理，又控制了系統(tǒng)的資源消耗。
public class ThreadPoolApplication {public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(8);
for (final String host: HttpConstant.HOSTS) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
}
});
executorService.submit(t);
new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
}
}
}
關(guān)于啟動的線程數(shù)，一般 CPU 密集型會設(shè)置在 N+1（N為CPU核數(shù)），IO 密集型設(shè)置在 2N + 1。
這種方式，看起來是最優(yōu)的了。那有沒有更好的呢，如果一個線程能同時處理多個 socket 連接，并且在每個 socket 輸入輸出數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好的情況下，不進(jìn)行阻塞，那是不是更優(yōu)呢。這種技術(shù)叫做“IO多路復(fù)用”。在 JAVA 的 nio 包中，提供了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。
public class TCP客戶端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {@Override
br/>@Override
try {
Socket s = new Socket("127.0.0.1",1234); //構(gòu)建IO
InputStream is = s.getInputStream();
OutputStream os = s.getOutputStream(); BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
//向服務(wù)器端發(fā)送一條消息
bw.write("測試客戶端和服務(wù)器通信，服務(wù)器接收到消息返回到客戶端\n");
bw.flush(); //讀取服務(wù)器返回的消息
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String mess = br.readLine();
System.out.println("服務(wù)器："+mess);
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}public class TCP服務(wù)端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {@Override
br/>@Override
try {
ServerSocket ss = new ServerSocket(1234);
while (true) {
System.out.println("啟動服務(wù)器....");
Socket s = ss.accept();
System.out.println("客戶端:" + s.getInetAddress().getLocalHost() + "已連接到服務(wù)器");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
//讀取客戶端發(fā)送來的消息
String mess = br.readLine();
System.out.println("客戶端：" + mess);
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
bw.write(mess + "\n");
bw.flush();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}public class UDP客戶端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {@Override
br/>@Override
byte []arr = "Hello Server".getBytes();
try {
InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(arr, arr.length, inetAddress, 1234);
datagramSocket.send(datagramPacket);
System.out.println("send end");
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}public class UDP服務(wù)端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {@Override
br/>@Override
try {
DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(1234);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
datagramSocket.receive(packet);
System.out.println("server recv");
String msg = new String(packet.getData(), "utf-8");
System.out.println(msg);
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
另外有需要云服務(wù)器可以了解下創(chuàng)新互聯(lián)scvps.cn，海內(nèi)外云服務(wù)器15元起步，三天無理由+7*72小時售后在線，公司持有idc許可證，提供“云服務(wù)器、裸金屬服務(wù)器、高防服務(wù)器、香港服務(wù)器、美國服務(wù)器、虛擬主機(jī)、免備案服務(wù)器”等云主機(jī)租用服務(wù)以及企業(yè)上云的綜合解決方案，具有“安全穩(wěn)定、簡單易用、服務(wù)可用性高、性價比高”等特點(diǎn)與優(yōu)勢，專為企業(yè)上云打造定制，能夠滿足用戶豐富、多元化的應(yīng)用場景需求。
