JAVA中实现原生的 socket 通信机制原理
本文介绍了JAVA中实现原生的 socket 通信机制原理,分享给大家,具体如下: 当前环境 jdk == 1.8 知识点
场景 今天,和大家聊一下 JAVA 中的 socket 通信问题。这里采用最简单的一请求一响应模型为例,假设我们现在需要向 baidu 站点进行通信。我们用 JAVA 原生的 socket 该如何实现。 建立 socket 连接 首先,我们需要建立 socket 连接(核心代码) import java.net.InetSocketAddress; import java.net.Socket; import java.net.SocketAddress; // 初始化 socket Socket socket = new Socket(); // 初始化远程连接地址 SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host,port); // 建立连接 socket.connect(remote); 处理 socket 输入输出流 成功建立 socket 连接后,我们就能获得它的输入输出流,通信的本质是对输入输出流的处理。通过输入流,读取网络连接上传来的数据,通过输出流,将本地的数据传出给远端。 socket 连接实际与处理文件流有点类似,都是在进行 IO 操作。 获取输入、输出流代码如下: // 输入流 InputStream in = socket.getInputStream(); // 输出流 OutputStream out = socket.getOutputStream(); 关于 IO 流的处理,我们一般会用相应的包装类来处理 IO 流,如果直接处理的话,我们需要对 byte[] 进行操作,而这是相对比较繁琐的。如果采用包装类,我们可以直接以string、int等类型进行处理,简化了 IO 字节操作。 下面以 // 获取 socket 输入流 private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException { InputStream in = socket.getInputStream(); return new BufferedReader(new InputStreamReader(in)); } // 获取 socket 输出流 private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException { OutputStream out = socket.getOutputStream(); return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out)); } 数据请求与响应 有了 socket 连接、IO 输入输出流,下面就该向发送请求数据,以及获取请求的响应结果。 因为有了 IO 包装类的支持,我们可以直接以字符串的格式进行传输,由包装类帮我们将数据装换成相应的字节流。 因为我们与 baidu 站点进行的是 HTTP 访问,所有我们不需要额外定义输出格式。采用标准的 HTTP 传输格式,就能进行请求响应了(某些特定的 RPC 框架,可能会有自定义的通信格式)。 请求的数据内容处理如下: 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"; } } 发送请求数据代码如下: // 发起请求 PrintWriter writer = getWriter(socket); writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.flush(); 接收响应数据代码如下: // 读取响应 String msg; BufferedReader reader = getReader(socket); while ((msg = reader.readLine()) != null){ System.out.println(msg); } 至此,讲完了原生 socket 下的创建连接、发送请求与接收响应的所有核心代码。 完整代码如下: 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 { // 设置 socket 连接 SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host,port); socket.setSoTimeout(5000); socket.connect(remote); // 发起请求 PrintWriter writer = getWriter(socket); System.out.println(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.flush(); // 读取响应 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,我们通过实例化一个客户端,来展示 socket 通信的结果。 public class Application { public static void main(String[] args) { new SocketHttpClient().start("www.baidu.com",80); } } 结果输出: 请求模型优化 这种方式,虽然实现功能没什么问题。但是我们细看,发现在 IO 写入与读取过程,是发生了 IO 阻塞的情况。即: // 会发生 IO 阻塞 writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host)); reader.readLine(); 所以如果要同时请求10个不同的站点,如下: public class SingleThreadApplication { public static void main(String[] args) { // HttpConstant.HOSTS 为 站点集合 for (String host: HttpConstant.HOSTS) { new SocketHttpClient().start(host,HttpConstant.PORT); } } } 它一定是第一个请求响应结束后,才会发起下一个站点处理。 这在服务端更明显,虽然这里的代码是客户端连接,但是具体的操作和服务端是差不多的。请求只能一个个串行处理,这在响应时间上肯定不能达标。
有人觉得这根本不是问题,JAVA 是多线程的编程语言。对于这种情况,采用多线程的模型再合适不过。 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(); } } } 这种方式起初看起来挺有用的,但并发量一大,应用会起很多的线程。都知道,在服务器上,每一个线程实际都会占据一个文件句柄。而服务器上的句柄数是有限的,而且大量的线程,造成的线程间切换的消耗也会相当的大。所以这种方式在并发量大的场景下,一定是承载不住的。
既然线程太多不行,那我们控制一下线程创建的数目不就行了。只启动固定的线程数来进行 socket 处理,既利用了多线程的处理,又控制了系统的资源消耗。 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); } } } 关于启动的线程数,一般 CPU 密集型会设置在 N+1(N为CPU核数),IO 密集型设置在 2N + 1。 这种方式,看起来是最优的了。那有没有更好的呢,如果一个线程能同时处理多个 socket 连接,并且在每个 socket 输入输出数据没有准备好的情况下,不进行阻塞,那是不是更优呢。这种技术叫做“IO多路复用”。在 JAVA 的 nio 包中,提供了相应的实现。 后续
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