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該系列博文會(huì)告訴你如何從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)，并且進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)編程是每一個(gè)Java后端工程師必須要學(xué)習(xí)和理解的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，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(gè)Java網(wǎng)絡(luò)編程的知識(shí)體系，形成自己的知識(shí)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(huì)提供部分知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的面試題以及參考答案。

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當(dāng)前環(huán)境

jdk == 1.8

知識(shí)點(diǎn)

• socket 的連接處理
• IO 輸入、輸出流的處理
• 請(qǐng)求數(shù)據(jù)格式處理
• 請(qǐng)求模型優(yōu)化

場(chǎng)景

今天，和大家聊一下 JAVA 中的 socket 通信問(wèn)題。這里采用最簡(jiǎn)單的一請(qǐng)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)。

建立 socket 連接

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);

處理 socket 輸入輸出流

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(duì)輸入輸出流的處理。通過(guò)輸入流，讀取網(wǎng)絡(luò)連接上傳來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)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(lèi)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(huì)用相應(yīng)的包裝類(lèi)來(lái)處理 IO 流，如果直接處理的話(huà)，我們需要對(duì) byte[] 進(jìn)行操作，而這是相對(duì)比較繁瑣的。如果采用包裝類(lèi)，我們可以直接以string、int等類(lèi)型進(jìn)行處理，簡(jiǎn)化了 IO 字節(jié)操作。

下面以 BufferedReader 與 PrintWriter 作為輸入輸出的包裝類(lèi)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)); }

數(shù)據(jù)請(qǐng)求與響應(yīng)

有了 socket 連接、IO 輸入輸出流，下面就該向發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)，以及獲取請(qǐng)求的響應(yīng)結(jié)果。

因?yàn)橛辛?IO 包裝類(lèi)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(lèi)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(fǎng)問(wèn)，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(qǐng)求響應(yīng)了（某些特定的 RPC 框架，可能會(huì)有自定義的通信格式）。

請(qǐng)求的數(shù)據(jù)內(nèi)容處理如下：

public class HttpUtil {public static String compositeRequest(String host){return "GET / HTTP/1.1rn" +"Host: " + host + "rn" +"User-Agent: curl/7.43.0rn" +"Accept: */*rnrn";}}

發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)代碼如下：

// 發(fā)起請(qǐng)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); }

結(jié)果展示

至此，講完了原生 socket 下的創(chuàng)建連接、發(fā)送請(qǐng)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(qǐng)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(guò)實(shí)例化一個(gè)客戶(hù)端，來(lái)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：

請(qǐng)求模型優(yōu)化

這種方式，雖然實(shí)現(xiàn)功能沒(méi)什么問(wèn)題。但是我們細(xì)看，發(fā)現(xiàn)在 IO 寫(xiě)入與讀取過(guò)程，是發(fā)生了 IO 阻塞的情況。即：

// 會(huì)發(fā)生 IO 阻塞writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));reader.readLine();

所以如果要同時(shí)請(qǐng)求10個(gè)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(gè)請(qǐng)求響應(yīng)結(jié)束后，才會(huì)發(fā)起下一個(gè)站點(diǎn)處理。

這在服務(wù)端更明顯，雖然這里的代碼是客戶(hù)端連接，但是具體的操作和服務(wù)端是差不多的。請(qǐng)求只能一個(gè)個(gè)串行處理，這在響應(yīng)時(shí)間上肯定不能達(dá)標(biāo)。

• 多線(xiàn)程處理

有人覺(jué)得這根本不是問(wèn)題，JAVA 是多線(xiàn)程的編程語(yǔ)言。對(duì)于這種情況，采用多線(xiàn)程的模型再合適不過(guò)。

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(lái)挺有用的，但并發(fā)量一大，應(yīng)用會(huì)起很多的線(xiàn)程。都知道，在服務(wù)器上，每一個(gè)線(xiàn)程實(shí)際都會(huì)占據(jù)一個(gè)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(xiàn)程，造成的線(xiàn)程間切換的消耗也會(huì)相當(dāng)?shù)拇?。所以這種方式在并發(fā)量大的場(chǎng)景下，一定是承載不住的。

• 多線(xiàn)程 + 線(xiàn)程池 處理

既然線(xiàn)程太多不行，那我們控制一下線(xiàn)程創(chuàng)建的數(shù)目不就行了。只啟動(dòng)固定的線(xiàn)程數(shù)來(lái)進(jìn)行 socket 處理，既利用了多線(xiàn)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(dòng)的線(xiàn)程數(shù)，一般 CPU 密集型會(huì)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(lái)是最優(yōu)的了。那有沒(méi)有更好的呢，如果一個(gè)線(xiàn)程能同時(shí)處理多個(gè) socket 連接，并且在每個(gè) socket 輸入輸出數(shù)據(jù)沒(méi)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)。

補(bǔ)充1：TCP客戶(hù)端與服務(wù)端

public class TCP客戶(hù)端 {public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {Socket s = new Socket("127.0.0.1",1234); //構(gòu)建IOInputStream 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(cè)試客戶(hù)端和服務(wù)器通信，服務(wù)器接收到消息返回到客戶(hù)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() {@Overridepublic void run() {try {ServerSocket ss = new ServerSocket(1234);while (true) {System._out_.println("啟動(dòng)服務(wù)器....");Socket s = ss.accept();System._out_.println("客戶(hù)端:" + s.getInetAddress().getLocalHost() + "已連接到服務(wù)器");BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));//讀取客戶(hù)端發(fā)送來(lái)的消息String mess = br.readLine();System._out_.println("客戶(hù)端：" + mess);BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));bw.write(mess + "n");bw.flush();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}).start();} }

補(bǔ)充2：UDP客戶(hù)端和服務(wù)端

public class UDP客戶(hù)端 {public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {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() {@Overridepublic void run() {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();} }

后續(xù)

• JAVA 中是如何實(shí)現(xiàn) IO多路復(fù)用
• Netty 下的實(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求的

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的connect: 网络不可达_Java网络编程和NIO详解1：JAVA 中原生的 socket 通信机制的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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