一 基礎(chǔ)

1.1 概述

1 網(wǎng)絡(luò)分層中的IOS七層模型至非、TCP/IP協(xié)議族、TCP糠聪、IP荒椭，這些有什么不同
2 TCP協(xié)議通信過程中的三次握手和四次揮手到底是什么流程？

1.2 軟件架構(gòu)

在生活中舰蟆，我們經(jīng)常用QQ趣惠、微信、百度云盤身害、Goole味悄、IE瀏覽器、火狐瀏覽器......塌鸯∈躺可以總結(jié)為兩大類，c/s(客戶端/服務(wù)端)和b/s(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)丙猬。這兩種架構(gòu)是兩臺計算機(jī)通過某中協(xié)議來網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信涨颜。

1.3 基本概念(通信協(xié)議/ip/端口)

1. 通信協(xié)議
   就是定義了在網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)之間進(jìn)行通信的一種規(guī)則。因為電腦是由許許多多加的廠商來做的茧球，如果傳出的數(shù)據(jù)格式不一樣庭瑰、傳輸數(shù)據(jù)格式、解析數(shù)據(jù)的格式不一樣抢埋，就沒法實現(xiàn)所有電腦通信弹灭。

2. ip
   在整個網(wǎng)絡(luò)中，電腦的唯一標(biāo)識揪垄。ip分為IPV4和IPV6,ipv4占用4個字節(jié)鲤屡，ipv6占用16個字節(jié)。目前使用較多的還是ipv4福侈。

3. 端口
   在計算機(jī)中酒来，進(jìn)程的唯一標(biāo)識。端口號是用兩個字節(jié)表示肪凛，取值范圍為0-65535,0-1023基本為系統(tǒng)端口堰汉，我們寫的程序端口號應(yīng)在1024以上辽社。

二 計算機(jī)通信分層

2.1 七成模型、TCP/IP協(xié)議族翘鸭、TCP滴铅、IP這些是不是同一個東西？

1 ISO國際標(biāo)準(zhǔn)話組織在研究網(wǎng)絡(luò)通信就乓，建立了OSI模型(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型)汉匙。即為標(biāo)準(zhǔn)的7層架構(gòu)。（理論上分層模型）
2 TCP/IP協(xié)議族生蚁，最早由美國國防部的ARPA網(wǎng)項目噩翠，也被DoD模型。(實踐過程中的模型)
3 TCP邦投，IP這是網(wǎng)絡(luò)分層中具體的協(xié)議伤锚。

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2.2 訪問淘寶經(jīng)歷了網(wǎng)絡(luò)流程

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三 網(wǎng)絡(luò)傳輸層解析

3.1 Socket是什么念脯？

Socket是位于應(yīng)用層和傳輸層的一個抽象層狞洋。提供了一套接口來調(diào)用TCP/IP協(xié)議的API。

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3.2 Socket通信流程

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3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸層的TCP協(xié)議詳解

1. 概述
   TCP是Transmission COntrol Protocol的簡稱绿店，中文名也叫做傳輸控制協(xié)議吉懊。它具有的特性如下。
   a 數(shù)據(jù)傳輸前必須要建立連接惯吕，數(shù)據(jù)傳輸完惕它，必須釋放連接怕午。
   b 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無差錯废登，不丟失，不重復(fù)郁惜，且順序和源數(shù)據(jù)一致堡距。
   c 在傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)拆分為不同的段兆蕉，也就是segment羽戒。
   d 效率低，因為是面向連接的協(xié)議虎韵，通信之前必須要建立連接易稠。

2. TCP首部進(jìn)行詳解

   
   
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   源端口和目的端口：數(shù)據(jù)從哪個進(jìn)程來到哪個進(jìn)程去。

序號和確認(rèn)號：TCP可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵部分包蓝。序號是本報文段發(fā)送的數(shù)據(jù)組的第一個字節(jié)的序號驶社。在TCP傳輸流中，每個字節(jié)一個序號。

URG：表示本報文段中發(fā)送的數(shù)據(jù)是否包含緊急數(shù)據(jù)吁讨。URG=1壮池，表示有緊急數(shù)據(jù)。后面的緊急指針字段
只有當(dāng)URG=1時才有效份乒。

ACK：表示是否前面的確認(rèn)號字段是否有效恕汇。ACK=1，表示有效或辖。只有當(dāng)ACK=1時瘾英，前面的確認(rèn)號字段才
有效。TCP規(guī)定孝凌，連接建立后方咆，ACK必須為1。

PSH：告訴對方收到該報文段后是否應(yīng)該立即把數(shù)據(jù)推送給上層蟀架。如果為1瓣赂，則表示對方應(yīng)當(dāng)立即把數(shù)據(jù)
提交給上層，而不是緩存起來片拍。

RST：只有當(dāng)RST=1時才有用煌集。如果你收到一個RST=1的報文，說明你與主機(jī)的連接出現(xiàn)了嚴(yán)重錯誤（如
主機(jī)崩潰）捌省，必須釋放連接苫纤，然后再重新建立連接「倩海或者說明你上次發(fā)送給主機(jī)的數(shù)據(jù)有問題卷拘，主機(jī)拒絕
響應(yīng)。

SYN：在建立連接時使用祝高，用來同步序號栗弟。當(dāng)SYN=1，ACK=0時工闺，表示這是一個請求建立連接的報文段乍赫；
當(dāng)SYN=1，ACK=1時陆蟆，表示對方同意建立連接雷厂。SYN=1，說明這是一個請求建立連接或同意建立連接的
報文叠殷。只有在前兩次握手中SYN才置為1改鲫。

FIN：標(biāo)記數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢。如果FIN=1，就相當(dāng)于告訴對方：“我的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢像棘，你可以釋放
連接了纫塌。

窗口：滑動窗口大小，用來告知發(fā)送端接受端的緩存大小讲弄，以此控制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率措左，從而
達(dá)到流量控制。

選項和填充：最常見的可選字段是最長報文大小避除，又稱為MSS（Maximum Segment Size）怎披，每個連接
方通常都在通信的第一個報文段（為建立連接而設(shè)置SYN標(biāo)志為1的那個段）中指明這個選項，它表示本
端所能接受的最大報文段的長度瓶摆。選項長度不一定是32位的整數(shù)倍凉逛，所以要加填充位，即在這個字段中
加入額外的零群井，以保證TCP頭是32的整數(shù)倍

數(shù)據(jù)部分： TCP 報文段中的數(shù)據(jù)部分是可選的状飞。在一個連接建立和一個連接終止時，雙方交換的報文段
僅有 TCP 首部书斜。如果一方?jīng)]有數(shù)據(jù)要發(fā)送诬辈，也使用沒有任何數(shù)據(jù)的首部來確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)。在處理超時
的許多情況中荐吉，也會發(fā)送不帶任何數(shù)據(jù)的報文段焙糟。

四 TCP斷開和連接的原理刨析(三次握手和四次揮手)

4.1 數(shù)據(jù)在傳遞過程中，字段解釋

SYN(synchronous建立連接) 請求建立連接样屠，并在其序列號字段進(jìn)行序列號的初始值設(shè)定穿撮。建立連接，設(shè)置為1痪欲。
ACK(acknowledgement 確認(rèn)) 確認(rèn)號是否有效悦穿，一般置為1
PSH(push傳送) 提示接受端應(yīng)用程序立即從TCP緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走。
FIN(finish結(jié)束) 希望斷開連接业踢。
RST(reset重置) 對方要求重新建立連接栗柒，復(fù)位。
URG(urgent緊急) 緊急指針是否有效陨亡。為2傍衡，表示某一位被優(yōu)先處理深员。

4.2 BIO

4.2.1 BIO代碼實現(xiàn)

//服務(wù)端代碼
public class ServerSocket {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //創(chuàng)建ServerSocket對象负蠕，用于客戶端的連接
        java.net.ServerSocket serverSocket = new java.net.ServerSocket(8989);
        //定義輸入流對象讀取數(shù)據(jù)
        byte[] bytes = new byte[1024];
        try {

            while (true) {
                System.out.println("服務(wù)端發(fā)生阻塞，等待連接....");
                //調(diào)用accept方法監(jiān)聽客戶端倦畅，阻塞方法
                Socket accept = serverSocket.accept();
                //調(diào)用Socket對象的方法獲取輸入流對象
                InputStream inputStream = ((Socket) accept).getInputStream();
                System.out.println("服務(wù)端發(fā)生阻塞遮糖，等待接收數(shù)據(jù)....");
                int read = inputStream.read(bytes);
                System.out.println(new String(bytes, 0, read));
                //關(guān)閉資源
                accept.close();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (serverSocket != null && !serverSocket.isClosed()) {
                serverSocket.close();
            }
        }
    }
}

//客戶端代碼
public class ClientSocket {
    public static void main(String[] args) throws  Exception {
        //創(chuàng)建Socket對象，與服務(wù)端Socket建立連接
        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8989);
        //獲取輸出流對象
        OutputStream  outputStream=socket.getOutputStream();
        System.out.println("客戶端阻塞叠赐，接收鍵盤輸入....");
        //接收鍵盤輸入欲账，模擬延遲消息發(fā)送
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        String  scannerString=scanner.next();
        outputStream.write(scannerString.getBytes());
        System.out.println("客戶端錄入完成....");
         //使用輸出流對象寫入數(shù)據(jù)
//        outputStream.write("itheima-TCP".getBytes());
         //釋放資源
        socket.close();

    }
}

4.2.2 BIO中API講解

1. Socket
   a 構(gòu)造方法

Socket()：無參構(gòu)造方法屡江。
Socket(InetAddress address,int port)：創(chuàng)建一個流套接字并將其連接到指定 IP 地址的指定端口。
Socket(InetAddress address,int port,InetAddress localAddr,int localPort)：創(chuàng)建一個套接字并將其連接到指定遠(yuǎn)程地址上的指定遠(yuǎn)程端口赛不。
Socket(String host,int port)：創(chuàng)建一個流套接字并將其連接到指定主機(jī)上的指定端口惩嘉。
Socket(String host,int port,InetAddress localAddr,int localPort)：創(chuàng)建一個套接字并將其連接到指定遠(yuǎn)程地址上的指定遠(yuǎn)程端口。Socket 會通過調(diào)用 bind() 函數(shù)來綁定提供的本地地址及端口踢故。

b 普通方法

void bind(SocketAddress bindpoint)：將套接字綁定到本地地址文黎。
void close()：關(guān)閉此套接字。
void connect(SocketAddress endpoint)：將此套接字連接到服務(wù)器殿较。
InetAddress getInetAddress()：返回套接字的連接地址耸峭。
InetAddress getLocalAddress()：獲取套接字綁定的本地地址。
InputStream getInputStream()：返回此套接字的輸入流淋纲。
OutputStream getOutputStream()：返回此套接字的輸出流劳闹。
SocketAddress getLocalSocketAddress()：返回此套接字綁定的端點地址，如果尚未綁定則返回null洽瞬。
SocketAddress getRemoteSocketAddress()：返回此套接字的連接的端點地址本涕，如果尚未連接則返回 null。
int getLoacalPort()：返回此套接字綁定的本地端口伙窃。
intgetPort()：返回此套接字連接的遠(yuǎn)程端口

2. WebSocket
   a 構(gòu)造方法

ServerSocket()：無參構(gòu)造方法偏友。
ServerSocket(int port)：創(chuàng)建綁定到特定端口的服務(wù)器套接字。
ServerSocket(int port,int backlog)：使用指定的 backlog 創(chuàng)建服務(wù)器套接字并將其綁定到指定的本地端口对供。
ServerSocket(int port,int backlog,InetAddress bindAddr)：使用指定的端口位他、監(jiān)聽 backlog 和要綁定到本地的 IP 地址創(chuàng)建服務(wù)器

b 普通方法

Server accept()：監(jiān)聽并接收到此套接字的連接。
void bind(SocketAddress endpoint)：將 ServerSocket 綁定到指定地址（IP 地址和端口號）产场。
void close()：關(guān)閉此套接字鹅髓。
InetAddress getInetAddress()：返回此服務(wù)器套接字的本地地址。
int getLocalPort()：返回此套接字監(jiān)聽的端口京景。
SocketAddress getLocalSoclcetAddress()：返回此套接字綁定的端口的地址窿冯，如果尚未綁定則返回 null。
int getReceiveBufferSize()：獲取此 ServerSocket 的 SO_RCVBUF 選項的值确徙，該值是從ServerSocket 接收的套接字的建議緩沖區(qū)大小醒串。


accept()方法會返回一個和客戶端Socket對象相連的Socket對象。使用Socket的getOutputStream可以向客戶端發(fā)送信息鄙皇。使getIutputStreamke可以獲取客戶端傳過來數(shù)據(jù)芜赌。

4.3 TCP協(xié)議中，建立連接三次握手

1. 簡述
   在tcp協(xié)議中伴逸，雙方建立連接的時候是需要三次握手缠沈。這個連接建立需要一方主動打開，另外一方被動打開的。下圖為建立連接圖解洲愤。

   
   
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2. 網(wǎng)絡(luò)請求建立連接,經(jīng)歷三次握手流程

   
   
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   a 第一次握手

   
   
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   在第一次"握手"時颓芭，客戶端向服務(wù)端發(fā)送SYN標(biāo)志位，目的是與服務(wù)端建立連接柬赐。Seq代表sequence亡问，number(發(fā)送數(shù)據(jù)流序號), 例如：Seq的值是5,說明在數(shù)據(jù)流中曾經(jīng)一共發(fā)送了 1, 2, 3，4 這4次數(shù)據(jù)肛宋。而在本次"握手"中, Seq的值是0玛界，代表客戶端曾經(jīng)沒有給服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)。另外Len=0也可以看出來是沒有數(shù)據(jù)可供發(fā)送的悼吱，客戶端僅僅發(fā)送一個SYN標(biāo)志位到服端代表要進(jìn)行連接慎框。

b 第二次握手

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第二次"握手"時，服務(wù)端向客戶端發(fā)送 SYN ACK 標(biāo)志位后添，其中ACK標(biāo)志位表示是對收到的數(shù)據(jù)包的確認(rèn)笨枯，說明服務(wù)端接收到了客戶端的連接。ACK的值是1遇西，表示服務(wù)端期待下一次從客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)流的序列號是1馅精，而Seq=0代表服務(wù)端曾經(jīng)并沒有給客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，而本次也沒有發(fā)送數(shù)據(jù)粱檀，因為Len=0也證明了這一點洲敢。

c 第三次握手

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第三次“握手”時，客戶端向服務(wù)端發(fā)送的ACK標(biāo)志位為1, Seq的值是1茄蚯。Seq=l代表這正是服務(wù)端所期望的Ack=1压彭。Len=0說明客戶端這次還是沒有向服務(wù)端傳遞數(shù)據(jù)，而客戶端向服務(wù)端發(fā)送ACK 標(biāo)志位為1的信息渗常，說明客戶端期待服務(wù)端下一次傳送的Seq的值是1壮不。

3. 為什么要進(jìn)行三次握手
   為了防止服務(wù)器端開啟一些無用的連接，增加服務(wù)器開銷皱碘。以及防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務(wù)端询一，因而產(chǎn)生錯誤。

4.4 TCP協(xié)議中癌椿，連接斷開時候(四次揮手)

1. 四次揮手
   即TCP連接的釋放(解除)健蕊。連接的釋放必須是一方主動釋放，另一方被動釋放踢俄。以下為客戶端主動發(fā)起釋放連接的圖解：
   

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   簡述流程
   a 客戶端到服務(wù)端缩功，我要關(guān)了。
   b 服務(wù)端到客戶端褪贵，好的掂之，我收到了。
   c 服務(wù)端到客戶端脆丁，我也關(guān)了世舰。
   d 客戶端到服務(wù)端，好的槽卫，收到跟压。

2. 四次揮手執(zhí)行流程

   
   
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   a 第一次揮手
   在第一次"揮手"時，客戶端到服務(wù)器發(fā)送標(biāo)志位FIN ACK,告知服務(wù)端客戶端關(guān)閉了歼培。Seq=1表示本次數(shù)據(jù)流的序號為1震蒋，Ack=1表示客戶端期望服務(wù)端下一次發(fā)送的數(shù)據(jù)流的序號為1。len=0躲庄，說明沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)端查剖。

b 第二次揮手
在第二次"揮手"時,服務(wù)端向客戶端發(fā)送標(biāo)志位ACK,Seq=1代表的正是客戶端想看的Ack=1。Ack=2表示服務(wù)端期望下一次客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)流的序號為2噪窘。len=0,說明沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻舳恕?/p>

c 第三次揮手
在第三次"揮手"時,服務(wù)端向客戶端發(fā)送標(biāo)志位FIN ACK,告知客戶端服務(wù)端關(guān)閉了笋庄。Seq=1代表的正是客戶端想看的Ack=1。Ack=2表示服務(wù)端期望下一次客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)流的序號為2倔监。len=0,說明沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻舳恕?/p>

d 第四次揮手
在第四次"揮手"時,客戶端向服務(wù)端發(fā)送標(biāo)志位ACK直砂，告知服務(wù)端客戶端已經(jīng)收到服務(wù)端關(guān)閉信息。Seq=2
代表的正是服務(wù)端想看的Ack=2浩习，ACK=2表示客戶端期望下一次服務(wù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)流的序號為2静暂。

注意 BIO存在問題
1、客戶端已經(jīng)連接服務(wù)端谱秽，尚未發(fā)送數(shù)據(jù)洽蛀，read阻塞
2、新的客戶端無法正常連接
解決辦法
1疟赊、線程解決（mysql客戶端連接服務(wù)器）
2辱士、線程池解決（線程池泄露）
3、NIO解決
4听绳、websocket

五 NIO編程

5.1 概述

NIO又稱為非阻塞IO,是JDK1.4提出的新的IO模型

5.2 組件詳細(xì)介紹

5.2.1 Buffer(緩沖區(qū))

1. 概述
   按照物理區(qū)分為：直接緩沖區(qū)和堆字節(jié)緩沖區(qū)颂碘。
   Buffer模式：寫模式和讀模式

2. 緩沖區(qū)執(zhí)行原理
   a 三個屬性(Buffer的三個屬性)
   capacity（容量）、position（位置）椅挣、limit（限制）

b 寫模式

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c 讀模式

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5.2.2 Channnl(通道)

1 概述
類似于流進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸力细，但是和流不同睬澡。流是單向的，大部分功能比較單一眠蚂，要么進(jìn)行讀要么進(jìn)行寫煞聪。
通道的使用必須要結(jié)合Buffer。

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5.2.3 Selector(選擇器)

1. 概述
   每一個通道都存在一個線程對其處理逝慧。在高并發(fā)情況下米绕，就會存在很多通道，就會創(chuàng)建很多線程對象馋艺，造成內(nèi)存占用率升高栅干，增加cpu在多個線程之間切換的時間。因此不使用高并發(fā)場景下捐祠。

   
   
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2. NIO使用通道的改良
   我一個線程處理多個任務(wù)通道的任務(wù)的機(jī)制碱鳞，在NIO中成為多路復(fù)用。使用后IO復(fù)用后踱蛀，只需一個線程能對多個通道進(jìn)行處理窿给，對于高并發(fā)的業(yè)務(wù)場景有優(yōu)勢。補(bǔ)充如下：
   線程數(shù)隨著通道多少進(jìn)行動態(tài)的增減來進(jìn)行適配率拒。多路復(fù)用的核心目的使用最少的線程數(shù)去操作更多的通道崩泡。創(chuàng)建線程的個數(shù)根據(jù)通道個數(shù)來決定。每注冊1023個通道就創(chuàng)建一個線程
   

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5.2.4 NIO實例

public class SocketNioServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //定義通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //綁定地址
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
        //設(shè)置為非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //開啟一個選擇器
        Selector selector = Selector.open();
        //注冊
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (true) {
            System.out.println("等待連接猬膨，阻塞中.....");
            int count = selector.select();
            if (count != 0) {
                Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                //遍歷集合
                Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
                while (iterator.hasNext()) {
                    SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                    //客戶端已經(jīng)連接角撞，尚未發(fā)送數(shù)據(jù)
                    if (selectionKey.isAcceptable()) {
                        System.out.println("客戶端已經(jīng)連接，尚未發(fā)送數(shù)據(jù)....");
                        //獲取通道
                        ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                        SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
                        //設(shè)置非阻塞
                        socketChannel.configureBlocking(false);
                        //注冊到選擇器
                        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    }
                    //任務(wù)就緒
                    else if (selectionKey.isReadable()) {
                        System.out.println("客戶端成功發(fā)送數(shù)據(jù)");
                        //獲取通道
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                        //讀取信息
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int read = socketChannel.read(buffer);
                        while (read > 0) {
                            //切換緩沖區(qū)的模式
                            buffer.flip();
                            System.out.println(new String(buffer.array(), 0, read));
                            //清除緩沖區(qū)
                            buffer.clear();
                            read = socketChannel.read(buffer);
                        }
                        socketChannel.close();//釋放資源
                    }
                    iterator.remove();
                }
            }
        }
    }
}