1. 網(wǎng)絡(luò)編程概念

首先注意呈驶， Socket不是Java中獨(dú)有的概念捂掰，而是一個(gè)語(yǔ)言無(wú)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)羡鸥。 任何可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程的編程語(yǔ)言都有 Socket 。

1.1 什么是 Socket

??網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序通過(guò)一個(gè)雙向的通信連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換鉴腻，這個(gè)連接的一端稱為一個(gè) socket迷扇。
??建立網(wǎng)絡(luò)通信連接至少要一個(gè)端口號(hào)百揭。socket 本質(zhì)是編程接口(API)，對(duì) TCP/IP 的封裝蜓席， TCP/IP 也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)所用的接口信峻，這就是 Socket 編程接口；HTTP 是轎車瓮床， 提供了封裝或者顯示數(shù)據(jù)的具體形式；Socket 是發(fā)動(dòng)機(jī)产镐，提供了網(wǎng)絡(luò)通信的能力隘庄。
?? Socket 的英文原義是“孔”或“插座”。作為 BSD UNIX 的進(jìn)程通信機(jī)制癣亚，取后一種意思丑掺。通常也稱作"套接字"，用于描述 IP 地址和端口述雾，是一個(gè)通信鏈的句柄街州，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同虛 擬機(jī)或不同計(jì)算機(jī)之間的通信。在 Internet 上的主機(jī)一般運(yùn)行了多個(gè)服務(wù)軟件玻孟，同時(shí)提供幾 種服務(wù)唆缴。每種服務(wù)都打開(kāi)一個(gè) Socket，并綁定到一個(gè)端口上黍翎，不同的端口對(duì)應(yīng)于不同的服務(wù)面徽。 Socket 正如其英文原義那樣，像一個(gè)多孔插座匣掸。一臺(tái)主機(jī)猶如布滿各種插座的房間趟紊，每個(gè)插 座有一個(gè)編號(hào)，有的插座提供 220 伏交流電碰酝， 有的提供 110 伏交流電霎匈，有的則提供有線電 視節(jié)目。 客戶軟件將插頭插到不同編號(hào)的插座送爸，就可以得到不同的服務(wù)铛嘱。

1.2 Socket 連接步驟

??根據(jù)連接啟動(dòng)的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過(guò)程可以分為三 個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)碱璃，客戶端請(qǐng)求弄痹，連接確認(rèn)∏镀鳎【如果包含數(shù)據(jù)交互+斷開(kāi)連接肛真，那么一共是 五個(gè)步驟】

1. 服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)：是服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連 接的狀態(tài)爽航，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)蚓让。
2. 客戶端請(qǐng)求：是指由客戶端的套接字提出連接請(qǐng)求乾忱，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的 套接字。為此历极，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字窄瘟，指出服務(wù)器端套 接字的地址和端口號(hào)，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求趟卸。
3. 連接確認(rèn)：是指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽(tīng)到或者說(shuō)接收到客戶端套接字的連接請(qǐng)求蹄葱， 它就響應(yīng)客戶端套接字的請(qǐng)求，建立一個(gè)新的線程锄列，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端图云， 一旦客戶端確認(rèn)了此描述，連接就建立好了邻邮。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)竣况，繼續(xù)接 收其他客戶端套接字的連接請(qǐng)求。
   
   image.png
   
   具體參考TCP三次握手,與四次揮手

1.3 Java 中的 Socket

??在 java.net 包是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)類庫(kù)筒严。其中 ServerSocket 和 Socket 是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)類 型丹泉。ServerSocket 是服務(wù)端應(yīng)用類型。Socket 是建立連接的類型鸭蛙。當(dāng)連接建立成功后摹恨，服務(wù)器和客戶端都會(huì)有一個(gè) Socket 對(duì)象示例，可以通過(guò)這個(gè) Socket 對(duì)象示例娶视，完成會(huì)話的所有 操作睬塌。
??對(duì)于一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)說(shuō)，Socket 是平等的歇万，沒(méi)有服務(wù)器客戶端分級(jí)情況揩晴。

2. 什么是同步和異步

??同步和異步是針對(duì)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互而言的，同步指的是用戶進(jìn)程觸發(fā) IO 操作并 等待或者輪詢的去查看 IO 操作是否就緒贪磺，而異步是指用戶進(jìn)程觸發(fā) IO 操作以后便開(kāi)始做自 己的事情硫兰，而當(dāng) IO 操作已經(jīng)完成的時(shí)候會(huì)得到 IO 完成的通知。
??以銀行取款為例：
??同步： 自己親自出馬持銀行卡到銀行取錢（使用同步 IO 時(shí)寒锚，Java 自己處理 IO 讀寫）劫映；
??異步 ： 委托一小弟拿銀行卡到銀行取錢，然后給你（使用異步 IO 時(shí)刹前，Java 將 IO 讀寫 委托給 OS 處理泳赋，需要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址和大小傳給 OS(銀行卡和密碼)，OS 需要支持異步 IO 操作 API）喇喉；

3. 什么是阻塞和非阻塞

??阻塞和非阻塞是針對(duì)于進(jìn)程在訪問(wèn)數(shù)據(jù)的時(shí)候祖今，根據(jù) IO 操作的就緒狀態(tài)來(lái)采取的不同 方式，說(shuō)白了是一種讀取或者寫入操作方法的實(shí)現(xiàn)方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數(shù)將一 直等待千诬，而非阻塞方式下耍目，讀取或者寫入方法會(huì)立即返回一個(gè)狀態(tài)值。
??以銀行取款為例：
??阻塞 ： ATM 排隊(duì)取款徐绑，你只能等待（使用阻塞 IO 時(shí)邪驮，Java 調(diào)用會(huì)一直阻塞到讀寫完 成才返回）；
??非阻塞 ： 柜臺(tái)取款傲茄，取個(gè)號(hào)毅访，然后坐在椅子上做其它事，等號(hào)廣播會(huì)通知你辦理盘榨，沒(méi) 到號(hào)你就不能去俺抽，你可以不斷問(wèn)大堂經(jīng)理排到了沒(méi)有，大堂經(jīng)理如果說(shuō)還沒(méi)到你就不能去（使 用非阻塞 IO 時(shí)较曼，如果不能讀寫 Java 調(diào)用會(huì)馬上返回，當(dāng) IO 事件分發(fā)器通知可讀寫時(shí)再繼 續(xù)進(jìn)行讀寫振愿，不斷循環(huán)直到讀寫完成）

4. BIO編程

??Blocking IO： 同步阻塞的編程方式捷犹。
??BIO 編程方式通常是在 JDK1.4 版本之前常用的編程方式。編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：首先在服務(wù) 端啟動(dòng)一個(gè) ServerSocket 來(lái)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求冕末，客戶端啟動(dòng) Socket 發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求萍歉，默認(rèn)情況下 ServerSocket 回建立一個(gè)線程來(lái)處理此請(qǐng)求，如果服務(wù)端沒(méi)有線程可用档桃，客戶端則會(huì)阻塞等 待或遭到拒絕枪孩。
??且建立好的連接，在通訊過(guò)程中藻肄，是同步的蔑舞。在并發(fā)處理效率上比較低。大致結(jié)構(gòu)如下：

image.png

??同步并阻塞嘹屯，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程攻询，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就 需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開(kāi)銷州弟，當(dāng)然可 以通過(guò)線程池機(jī)制改善钧栖。
??BIO 方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高婆翔，并發(fā)局限于應(yīng)用中拯杠，JDK1.4 以前的唯一選擇，但程序直觀簡(jiǎn)單易理解啃奴。
??使用線程池機(jī)制改善后的 BIO 模型圖如下:

image.png

5. NIO 編程

??Unblocking IO（New IO）： 同步非阻塞的編程方式潭陪。
??NIO 本身是基于事件驅(qū)動(dòng)思想來(lái)完成的，其主要想解決的是 BIO 的大并發(fā)問(wèn)題，NIO 基 于 Reactor畔咧，當(dāng) socket 有流可讀或可寫入 socket 時(shí)茎芭，操作系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的通知引用程序進(jìn)行處理，應(yīng)用再將流讀取到緩沖區(qū)或?qū)懭氩僮飨到y(tǒng)誓沸。也就是說(shuō)梅桩，這個(gè)時(shí)候，已經(jīng)不是一個(gè)連接就 要對(duì)應(yīng)一個(gè)處理線程了拜隧，而是有效的請(qǐng)求宿百，對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，當(dāng)連接沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)洪添，是沒(méi)有工作線程來(lái)處理的垦页。
??NIO 的最重要的地方是當(dāng)一個(gè)連接創(chuàng)建后，不需要對(duì)應(yīng)一個(gè)線程干奢，這個(gè)連接會(huì)被注冊(cè)到 多路復(fù)用器上面痊焊，所以所有的連接只需要一個(gè)線程就可以搞定，當(dāng)這個(gè)線程中的多路復(fù)用器 進(jìn)行輪詢的時(shí)候忿峻，發(fā)現(xiàn)連接上有請(qǐng)求的話薄啥，才開(kāi)啟一個(gè)線程進(jìn)行處理，也就是一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程模式逛尚。
??在 NIO 的處理方式中垄惧，當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求來(lái)的話，開(kāi)啟線程進(jìn)行處理绰寞，可能會(huì)等待后端應(yīng)用的 資源(JDBC 連接等)到逊，其實(shí)這個(gè)線程就被阻塞了，當(dāng)并發(fā)上來(lái)的話滤钱，還是會(huì)有 BIO 一樣的問(wèn)題觉壶。

image.png

??同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)通道件缸，即客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè) 到多路復(fù)用器上掰曾，多路復(fù)用器輪詢到連接有 I/O 請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。
??NIO 方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)停团，比如聊天服務(wù)器旷坦，并發(fā)局 限于應(yīng)用中，編程復(fù)雜佑稠，JDK1.4 開(kāi)始支持秒梅。

Buffer:ByteBuffer,CharBuffer,ShortBuffer,IntBuffer,LongBuffer,FloatBuffer,DoubleBuffer;
Channel:SocketChannel,ServerSocketChannel;
Selector:Selector,AbstractSelector;
SelectionKey:OP_READ,OP_WRITE,OP_CONNECT,OP_ACCEPT;

6. AIO 編程

??Asynchronous IO： 異步非阻塞的編程方式
??與 NIO 不同，當(dāng)進(jìn)行讀寫操作時(shí)舌胶，只須直接調(diào)用 API 的 read 或 write 方法即可捆蜀。這兩種方法均為異步的，對(duì)于讀操作而言，當(dāng)有流可讀取時(shí)辆它，操作系統(tǒng)會(huì)將可讀的流傳入 read 方法的緩沖區(qū)誊薄，并通知應(yīng)用程序；對(duì)于寫操作而言锰茉，當(dāng)操作系統(tǒng)將write方法傳遞的流寫入完 畢時(shí)呢蔫，操作系統(tǒng)主動(dòng)通知應(yīng)用程序。即可以理解為飒筑，read/write 方法都是異步的片吊，完成后會(huì) 主動(dòng)調(diào)用回調(diào)函數(shù)。在 JDK1.7 中协屡，這部分內(nèi)容被稱作 NIO.2俏脊，主要在 java.nio.channels 包下增加了下面四個(gè)異步通道：
??1.AsynchronousSocketChannel
??2.AsynchronousServerSocketChannel
??3.AsynchronousSocketChannel
??4.AsynchronousServerSocketChannel
??異步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請(qǐng)求一個(gè)線程肤晓，客戶端的 I/O 請(qǐng)求都是由 OS 先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動(dòng)線程進(jìn)行處理爷贫。
??AIO 方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器补憾，充分調(diào) 用 OS 參與并發(fā)操作漫萄，編程比較復(fù)雜，JDK7 開(kāi)始支持余蟹。

image.png