記得很久看到過(guò)一篇博客《從輸入網(wǎng)址到網(wǎng)頁(yè)出現(xiàn)在瀏覽器中都發(fā)生了什么》（名字太長(zhǎng)星爪，現(xiàn)在已經(jīng)記不得了T T）,佩服于作者深厚的技術(shù)積淀，能夠從上到下將整個(gè)過(guò)程梳理的一清二楚。
從接觸Android開(kāi)發(fā)以來(lái)，我接觸了Volley和OkHttp等優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)庶香，加上之前對(duì)Linux也有所接觸，就心血來(lái)潮简识，想要仿照他人寫一篇從上到下梳理Android下網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送邏輯的文章赶掖。我雖功力未到如此境界，但也想盡力梳理一遍我所知道的部分七扰。
一句話總結(jié)：
我們從OkHttp開(kāi)始奢赂，通過(guò)調(diào)用JAVA的方法進(jìn)行DNS解析，獲取ip地址颈走。然后通過(guò)OkHttp的連接池建立TCP三次握手膳灶，之后進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)傳送，最后讀出回復(fù)內(nèi)容包文立由。
由于Socket背后代表的TCP/IP協(xié)議棧與Linux下的VFS無(wú)縫對(duì)接轧钓，所以我們對(duì)Socket返回的文件描述的讀寫都會(huì)進(jìn)入Linux TCP/IP協(xié)議棧中，并發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器锐膜。
首先毕箍，我們從這一段代碼開(kāi)始這次旅程。
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
sendRequest();
}
private void sendRequest() {
String url = "http://www.reibang.com";
OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient();
Request request = new Request.Builder()
.url(url)
.build();
final Call call = okHttpClient.newCall(request);
call.enqueue(new Callback() {
@Override
public void onFailure(Call call, IOException e) {}
@Override
public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {
Log.d(TAG, response.body().string());
});
}
}
這是一段非常簡(jiǎn)單的OkHttp發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的代碼道盏，用來(lái)訪問(wèn)特定網(wǎng)頁(yè)而柑，若訪問(wèn)能夠成功文捶，則會(huì)在日志中將網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容打印出來(lái)。當(dāng)我們打開(kāi)了這個(gè)APP牺堰，到日志中出現(xiàn)了網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容拄轻，要經(jīng)過(guò)好幾個(gè)車站哩，大概有這樣幾站伟葫。
[網(wǎng)絡(luò)框架]-->[Framework]-->[Native]-->[Linux]
由于我們使用了OkHttp框架，所以會(huì)有網(wǎng)絡(luò)框架這一站院促，當(dāng)然你也可以直接使用Java的Socket接口進(jìn)行編程筏养。無(wú)論采用哪一種方式，第二站就會(huì)進(jìn)入到FrameWork站常拓，利用Java接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能渐溶，但這一站也不是直接和操作系統(tǒng)打交道，通過(guò)虛擬機(jī)Android Runtime提供的接口進(jìn)入第三站Native層弄抬，這一層更靠近操作系統(tǒng)茎辐，并且最終調(diào)用操作系統(tǒng)提供的Libc庫(kù)與操作系統(tǒng)打交道，即進(jìn)入了第四站掂恕。接下去的事情就是操作系統(tǒng)使用Tcp/Ip協(xié)議棧發(fā)送報(bào)文和接收?qǐng)?bào)文的過(guò)程了拖陆。
代碼首先創(chuàng)建一個(gè)OkHttpClient和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求類Request，然后再將Request放置于OkHttp工作隊(duì)列實(shí)現(xiàn)異步執(zhí)行懊亡。本篇文章就從call.enqueue()開(kāi)始分析依啰。
從隊(duì)列中取出Request
OkHttp允許同步執(zhí)行請(qǐng)求和異步執(zhí)行請(qǐng)求，本文分析異步執(zhí)行請(qǐng)求的過(guò)程店枣。在異步請(qǐng)求的模式下速警，OkHttp內(nèi)部維護(hù)了線程池，這個(gè)線程池沒(méi)有核心線程鸯两，不設(shè)置非核心線程數(shù)目上限闷旧，這表明一旦有Request進(jìn)入隊(duì)列會(huì)馬上被線程池處理。異步模式下使用2個(gè)的隊(duì)列钧唐。一個(gè)是異步執(zhí)行隊(duì)列忙灼，一個(gè)是準(zhǔn)備隊(duì)列。 但是okhttp默認(rèn)限制了同時(shí)處理request的上限為64個(gè)逾柿，當(dāng)超過(guò)64個(gè)時(shí)就暫時(shí)放到ready隊(duì)列缀棍，執(zhí)行完一個(gè)request之后再把request從ready放到running隊(duì)列。
Http協(xié)議對(duì)于同一個(gè)客戶端同一域名的并發(fā)量限制為2個(gè)机错，但是目前的客戶端基本無(wú)視這一規(guī)定爬范，chrome瀏覽器一般對(duì)同一域名的并行tcp連接是6個(gè)，OkHttp規(guī)定為5個(gè)弱匪，如果超過(guò)也是先放入ready隊(duì)列青瀑。也就是說(shuō)璧亮，如果我們連續(xù)向www.reibang.com發(fā)出了6個(gè)Request，那么第六個(gè)Request會(huì)首先進(jìn)入準(zhǔn)備隊(duì)列斥难，當(dāng)前5個(gè)Request有一個(gè)收到了回復(fù)之后枝嘶，才可以發(fā)送這一個(gè)Request。
建立連接
第一站OkHttp
好了哑诊，OkHttp取出了"www.reibang.com"的Request群扶，開(kāi)始建立連接。眾所周知镀裤，Http/1.1就默認(rèn)開(kāi)啟keep-alive選項(xiàng)竞阐，因此，OkHttp會(huì)首先從ConnectionPool(連接池)中尋找是否有建立好的與"www.reibang.com"的連接暑劝，如果可以找到的話就直接上車吧~如果沒(méi)有的話骆莹，就只能新建一個(gè)連接了。
OkHttp將Ip,Hostname和Proxy等信息封裝成Route結(jié)構(gòu)担猛，并且用Set維護(hù)一個(gè)RouteDataBase幕垦，用來(lái)保存哪些地址是成功訪問(wèn)的，哪些是失敗訪問(wèn)傅联。當(dāng)新建連接時(shí)先改，OkHttp首先從RouteDataBase中查找所需的信息。//TODO 添加代理部分 http://www.reibang.com/p/5c98999bc34f
獲取滿足條件的地址纺且，最后調(diào)用RealConnection的connct()方法建立連接盏道。成功建立之后將其置于連接池中，并且在RouteDataBase中添加Route载碌。
第二站Framework
[SocksSocketImpl::connect]-->[AbstractPlainSocketImpl::connect]
-->[PlainSocketImpl::socketConnect]
SocksSocketImpl是PlainSockImpl的子類猜嘱，PlainSockImpl又是AbstractPlainSockImpl的子類。
SocketSocketImpl只是簡(jiǎn)單的調(diào)用父類的connect方法嫁艇，AbstractPlainSockImpl::connect為Socket添加Ip與port朗伶，然后調(diào)用子類的socketConnect方法，并進(jìn)入了Native層步咪。
第三站Native
創(chuàng)建socket：進(jìn)入/libcore/ojluni/src/main/native/PlainSocketImpl.c中的PlainSocketImpl_socketCreate根據(jù)Java層傳入的參數(shù)判斷TCP或者UDP论皆。fd = JVM_Socket(domain, type, 0))創(chuàng)建socket，并在此函數(shù)體內(nèi)進(jìn)入第四站猾漫。創(chuàng)建成功之后点晴，將fd設(shè)置到JAVA層的響應(yīng)參數(shù)中。
connect：進(jìn)入/libcore/ojluni/src/main/native/PlainSocketImpl.c中的PlainSocketImpl_socketConnect
首先從JAVA層中獲取必要的信息悯周，然后調(diào)用NET_InetAddressToSockaddr設(shè)置struct sockaddr由于我們?cè)O(shè)置了timeout=0粒督，所以Native設(shè)置了非阻塞模式創(chuàng)建socket連接fcntl(fd, F_SETFL, flags|O_NON_BLOCK)然后調(diào)用connect()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就是由Linux提供的LibC庫(kù)中的函數(shù)了禽翼。由于我們?cè)O(shè)置了非阻塞模式屠橄，所以此函數(shù)立馬返回族跛，那么如何知道連接的結(jié)果呢？這里锐墙，Native使用了I/O復(fù)用函數(shù)礁哄，可以選擇使用POLL，也可以選擇使用Select溪北，由編譯選項(xiàng)決定桐绒。Select函數(shù)和Poll函數(shù)的工作原理類似，都是以輪詢的方式查詢文件描述符是否準(zhǔn)備就緒之拨，一旦fd準(zhǔn)備就緒就返回掏膏，然后我們就可以讀取fd中的數(shù)據(jù)。唯一不同的是select只支持read敦锌，write，exception三個(gè)事件而poll函數(shù)可以定義多個(gè)事件佳簸，比select更加的“聰明”乙墙。
如果我們監(jiān)聽(tīng)的fd（即socket fd）有寫數(shù)據(jù)，則我們獲得了一個(gè)本地端口生均，將其端口通過(guò)反射在Java類中設(shè)置听想。
第四站Linux
第三站調(diào)用創(chuàng)建socket和connect()函數(shù)后就進(jìn)入了第四站。
[Socket]-->[VFS]-->[Sockfs]-->[TCP/IP]
進(jìn)入socket_create():
安全性檢查
對(duì)于type和family進(jìn)行判斷和重新賦值
根據(jù)不同的協(xié)議調(diào)用不同的create函數(shù)马胧，返回sock結(jié)構(gòu)體汉买。這里就調(diào)用inet_create函數(shù)。
sock結(jié)構(gòu)體保存了大量的信息佩脊，定義了TCP傳輸中的大量參數(shù)蛙粘，包括發(fā)送緩沖區(qū)，接收緩沖區(qū)威彰，計(jì)時(shí)器出牧，標(biāo)志位，狀態(tài)歇盼，引用計(jì)數(shù)等等舔痕。創(chuàng)建inode，inode是Linux文件系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)豹缀。
獲得本進(jìn)程的一個(gè)空閑的文件描述符伯复，申請(qǐng)一個(gè)新的目錄項(xiàng)，將文件操作的函數(shù)指針設(shè)置到inode節(jié)點(diǎn)中
先初始化路徑path：其目錄項(xiàng)的父目錄項(xiàng)為超級(jí)塊對(duì)應(yīng)的根目錄邢笙，名稱為空啸如，操作對(duì)象為sockfs_dentry_operations，對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象為sock套接字關(guān)聯(lián)的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象鸣剪，即SOCK_INODE(sock)组底；裝載點(diǎn)為sock_mnt丈积。
申請(qǐng)一個(gè)此路徑下的file，sock->file = file; file->private_data = sock;file和sock雙向綁定债鸡。最后返回fd即我們創(chuàng)建的Socket的fd江滨。
這樣就將socket與文件系統(tǒng)綁定了，因此我們可以對(duì)socket進(jìn)行文件操作厌均。
#include <sys/socket.h>
int connect(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
如果連接建立成功則返回0唬滑，否則連接建立失敗。在connect函數(shù)中進(jìn)行TCP三次握手棺弊，建立TCP連接晶密。
讀寫數(shù)據(jù)
第一站OkHttp
OkHttp支持Chunk方式寫入數(shù)據(jù)，這種方式類似于Ip的分包模她，將數(shù)據(jù)分包傳送稻艰，當(dāng)客戶端接收到一個(gè)CHunk就可以立馬進(jìn)行處理，而不必等到所有數(shù)據(jù)都接收完畢才可以處理侈净。好吧尊勿，我們暫時(shí)不分析這個(gè)過(guò)程。最簡(jiǎn)單的畜侦，OkHttp使用了Okio進(jìn)行io元扔。
Okio中提供了讀數(shù)據(jù)類型Source和寫數(shù)據(jù)類型Sink，分別對(duì)應(yīng)原生的InputStream和OutputStream旋膳。Okio提供了常用數(shù)據(jù)讀寫的處理類澎语，簡(jiǎn)化了讀寫操作，并且增加了緩沖區(qū)管理验懊，能夠更加高效的管理和使用內(nèi)存擅羞。
整個(gè)包裹流：
RealBufferedSink(newFixedLengthSink(RealBufferedSink(AsyncTimeout::sink(Sink(socket.outputStream)))))
Okio是高效的io框架，使用Segment結(jié)構(gòu)體保存數(shù)據(jù)鲁森，并且使用緩沖池來(lái)緩存Segment減少GC祟滴。同時(shí)，一個(gè)Segment存儲(chǔ)使用率大于50%歌溉，以保證內(nèi)存使用效率垄懂。
第二站Framework
封裝了這么多層，最后調(diào)用SocketOutputStream進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作痛垛。在SocketOutputStream中最終調(diào)用private native void writeba_native(byte[] b, int off, int len, FileDescriptor fd) throws IOException;進(jìn)入Native
第三站Native
進(jìn)入Native草慧，首先獲取socket描述符，獲取數(shù)據(jù)所在的數(shù)組匙头，再調(diào)用socket_write_all漫谷，在這個(gè)函數(shù)中，使用了sendmsg函數(shù)進(jìn)行蹂析。
第四站Linux
由于socketfd_file_ops沒(méi)有定義read操作舔示，所以進(jìn)入LinuxVFS層后碟婆，行為被轉(zhuǎn)發(fā)到vfs_read，并進(jìn)入do_sync_read.
sendmsg是通用的數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)惕稻，可以用于跨進(jìn)程傳輸數(shù)據(jù)并且可以在傳輸過(guò)程中使用命令控制傳輸過(guò)程竖共。socket在此處使用此方法，將數(shù)據(jù)寫入Linux內(nèi)核俺祠。
關(guān)閉連接
第一站OkHttp
由于OKHttp使用了連接池的概念公给，所以socket.close的動(dòng)作由連接池管理，當(dāng)5分鐘沒(méi)有通信后蜘渣，連接池就會(huì)將連接關(guān)閉淌铐。最終會(huì)調(diào)用socket.close()
第二站Framework
AbstractPlainSocketImpl()::close()這里使用了引用計(jì)數(shù)，當(dāng)某socket不再被任何對(duì)象引用時(shí)蔫缸，才真正執(zhí)行close操作腿准。close()操作分兩步：
- 關(guān)閉socket，但是不釋放文件描述符
- 關(guān)閉并且釋放文件描述符
第三站Native
進(jìn)入Native層執(zhí)行socketClose0()
兩部釋放的具體實(shí)現(xiàn)：
- 將socket和fd分開(kāi)
untagSocket closefd
