JAVA 中原生的 socket 通信機(jī)制
轉(zhuǎn)載自：https://github.com/jasonGeng88/blog
當(dāng)前環(huán)境
- jdk == 1.8
知識(shí)點(diǎn)
- socket 的連接處理
- IO 輸入吸申、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)題享甸。這里采用最簡(jiǎn)單的一請(qǐng)求一響應(yīng)模型為例截碴，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）
<pre>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);
</pre>
處理 socket 輸入輸出流
成功建立 socket 連接后鲤桥，我們就能獲得它的輸入輸出流，通信的本質(zhì)是對(duì)輸入輸出流的處理哲虾。通過(guò)輸入流，讀取網(wǎng)絡(luò)連接上傳來(lái)的數(shù)據(jù)择示，通過(guò)輸出流束凑，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)類似栅盲，都是在進(jìn)行 IO 操作汪诉。
獲取輸入、輸出流代碼如下：
<pre>// 輸入流
InputStream in = socket.getInputStream();
// 輸出流
OutputStream out = socket.getOutputStream();</pre>
關(guān)于 IO 流的處理，我們一般會(huì)用相應(yīng)的包裝類來(lái)處理 IO 流扒寄，如果直接處理的話鱼鼓，我們需要對(duì) byte[] 進(jìn)行操作，而這是相對(duì)比較繁瑣的该编。如果采用包裝類迄本，我們可以直接以string、int等類型進(jìn)行處理课竣，簡(jiǎn)化了 IO 字節(jié)操作嘉赎。
下面以 BufferedReader 與 PrintWriter 作為輸入輸出的包裝類進(jìn)行處理。
<pre>// 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));
}
</pre>
數(shù)據(jù)請(qǐng)求與響應(yīng)
有了 socket 連接于樟、IO 輸入輸出流曹阔，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)果隔披。
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)行傳輸寂拆，由包裝類幫我們將數(shù)據(jù)裝換成相應(yīng)的字節(jié)流奢米。
因?yàn)槲覀兣c baidu 站點(diǎn)進(jìn)行的是 HTTP 訪問(wèn)，所有我們不需要額外定義輸出格式纠永。采用標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP 傳輸格式鬓长，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）尝江。
請(qǐng)求的數(shù)據(jù)內(nèi)容處理如下：
<pre>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";
}
}</pre>
發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)代碼如下：
<pre>// 發(fā)起請(qǐng)求
PrintWriter writer = getWriter(socket);
writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
writer.flush();</pre>
接收響應(yīng)數(shù)據(jù)代碼如下：
<pre>// 讀取響應(yīng)
String msg;
BufferedReader reader = getReader(socket);
while ((msg = reader.readLine()) != null){
System.out.println(msg);
}</pre>
結(jié)果展示
至此涉波，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)的所有核心代碼炭序。
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));
}
}
下面啤覆，我們通過(guò)實(shí)例化一個(gè)客戶端，來(lái)展示 socket 通信的結(jié)果惭聂。
<pre>public class Application {
public static void main(String[] args) {
new SocketHttpClient().start("www.baidu.com", 80);
}
}</pre>
結(jié)果輸出：
請(qǐng)求模型優(yōu)化
這種方式窗声，雖然實(shí)現(xiàn)功能沒(méi)什么問(wèn)題。但是我們細(xì)看辜纲，發(fā)現(xiàn)在 IO 寫入與讀取過(guò)程笨觅，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)耕腾，如下：
<pre>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);
}
}
}</pre>
它一定是第一個(gè)請(qǐng)求響應(yīng)結(jié)束后见剩，才會(huì)發(fā)起下一個(gè)站點(diǎn)處理。
這在服務(wù)端更明顯扫俺，雖然這里的代碼是客戶端連接苍苞，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)串行處理牵舵，這在響應(yīng)時(shí)間上肯定不能達(dá)標(biāo)柒啤。
- 多線程處理
有人覺(jué)得這根本不是問(wèn)題倦挂，JAVA 是多線程的編程語(yǔ)言。對(duì)于這種情況担巩，采用多線程的模型再合適不過(guò)方援。
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)量一大涛癌，應(yīng)用會(huì)起很多的線程犯戏。都知道，在服務(wù)器上拳话，每一個(gè)線程實(shí)際都會(huì)占據(jù)一個(gè)文件句柄先匪。而服務(wù)器上的句柄數(shù)是有限的，而且大量的線程弃衍，造成的線程間切換的消耗也會(huì)相當(dāng)?shù)拇笱椒恰Ｋ赃@種方式在并發(fā)量大的場(chǎng)景下，一定是承載不住的镜盯。
- 多線程 + 線程池 處理
既然線程太多不行岸裙，那我們控制一下線程創(chuàng)建的數(shù)目不就行了。只啟動(dòng)固定的線程數(shù)來(lái)進(jìn)行 socket 處理速缆，既利用了多線程的處理降允，又控制了系統(tǒng)的資源消耗。
<pre>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);
}
}
}</pre>
關(guān)于啟動(dòng)的線程數(shù)艺糜，一般 CPU 密集型會(huì)設(shè)置在 N+1（N為CPU核數(shù)）剧董，IO 密集型設(shè)置在 2N + 1。
這種方式破停，看起來(lái)是最優(yōu)的了翅楼。那有沒(méi)有更好的呢，如果一個(gè)線程能同時(shí)處理多個(gè) socket 連接辱挥，并且在每個(gè) socket 輸入輸出數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好的情況下犁嗅，不進(jìn)行阻塞，那是不是更優(yōu)呢晤碘。這種技術(shù)叫做“IO多路復(fù)用”褂微。在 JAVA 的 nio 包中，提供了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)园爷。
補(bǔ)充1：TCP客戶端與服務(wù)端
<pre>public class TCP客戶端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
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(cè)試客戶端和服務(wù)器通信宠蚂，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();
}
}</pre>
<pre>public class TCP服務(wù)端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public 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(lái)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();
}
}</pre>
補(bǔ)充2：UDP客戶端和服務(wù)端
<pre>public class UDP客戶端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public 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();
}
}</pre>
<pre>public class UDP服務(wù)端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public 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();
}
}
</pre>
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
微信公眾號(hào)【黃小斜】作者是螞蟻金服 JAVA 工程師，目前在螞蟻財(cái)富負(fù)責(zé)后端開(kāi)發(fā)工作童社，專注于 JAVA 后端技術(shù)棧求厕，同時(shí)也懂點(diǎn)投資理財(cái)，堅(jiān)持學(xué)習(xí)和寫作，用大廠程序員的視角解讀技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)呀癣，我的世界里不只有 coding美浦！關(guān)注公眾號(hào)后回復(fù)”架構(gòu)師“即可領(lǐng)取 Java基礎(chǔ)、進(jìn)階项栏、項(xiàng)目和架構(gòu)師等免費(fèi)學(xué)習(xí)資料浦辨，更有數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式沼沈、微服務(wù)等熱門技術(shù)學(xué)習(xí)視頻流酬，內(nèi)容豐富，兼顧原理和實(shí)踐列另，另外也將贈(zèng)送作者原創(chuàng)的Java學(xué)習(xí)指南芽腾、Java程序員面試指南等干貨資源
