网络（二）--SOCKET套接字

前言

SOCKET套接字

前言

Socket套接字在TCP/IP中扮演着非常重要的角色。

1：为什么

为了搞清楚为什么socket对tpcip协议意义非凡，它是怎么工作的，到底是怎么发挥作用。

2：是什么

socket是BSD UNIX的通信机制，通常称为“套接字”，其英文原意是“孔”或“插座”。有些顾名思义，socket正如其英文原意一样，像是一个多孔插座，可以提供多个端口的连接服务。 Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP（里面内容很多，包含TCP协议、UDP协议）协议族隐藏在Socket接口后面（程序员的视角：socket是对TPC/IP协议的封装，用起来更方便），对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。 Socket本身不算是协议，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。

什是socket

像多孔插座

如果说socket是一个多孔插座，插座是提供各种电器供电的地方，不同的电器工作时需要的电压和电流也不一样，但各种电器都有各自的一个插口，这个称之为“端口”。
电器使用的电可以看做是网络资源或者是各种“流”，电是由电线传输过来的，所以插座需要连接电线，这里电线也就是服务器和客户端连接 “connection”。
其中初始化socket的过程像是买来一个插座的安装过程。在插座这边的是“客户端”，电线那边提供电的发电厂是“服务器”。
客户端和发电厂都各自拥有一个地址，即“IP地址”。
其中还有一套传输和用电的规则，比如传输电时需要的电线多少伏才能满足需求，电器用电的技术参数，端口是几个孔的。这个是“协议”。
正常情况下我们是不会去管协议的内容是什么，也就是说协议在我们面前是隐藏的。

工作原理

对于服务器来说，服务器先初始化socket，然后端口绑定（bind），再对端口监听（listen），调用accept阻塞，等待客户端连接请求。对于客户端来说，客户端初始化socket，然后申请连接（connection）。客户端申请连接，服务器接受申请并且回复申请许可（这里要涉及TCP三次握手连接），然后发送数据，最后关闭连接，这是一次交互过程

Socket和NioSocket
Java中的Socket分为普通的Socket和NioSocket。

普通的Socket：

ServerSocket用于服务器端，可以通过accept方法监听请求，监听请求后返回Socket，Socket用于完成具体数据传输，客户端也可以使用Socket发起请求并传输数据。ServerSocket的使用可以分为三步：

1：创建ServerSocket。ServerSocket的构造方法有5个，其中最方便的是ServerSocket(int port)，只需要一个port就可以了。 2：调用创建出来的ServerSocket的accept方法进行监听。accept方法是阻塞方法，也就是说调用accept方法后程序会停下来等待连接请求，在接受请求之前程序将不会继续执行，当接收到请求后accept方法返回一个Socket。
3：使用accept方法返回的Socket与客户端进行通信

NioSocket：

从JDK1.4开始，Java增加了新的IO模式-nio（new IO），nio在底层采用了新的处理方式，极大提高了IO的效率。我们使用的Socket也是IO的一种，nio提供了相应的工具：ServerSocketChannel和SocketChannel，他们分别对应原来的ServerSocket和Socket。
服务器端NioSocket的处理过程：

1：创建ServerSocketChannel并设置相应的端口号、是否为阻塞模式 2：创建Selector并注册到ServerSocketChannel上 3：调用Selector的selector方法等待请求 4：Selector接收到请求后使用selectdKeys返回SelectionKey集合 5：使用SelectionKey获取到channel、selector和操作类型并进行具体操作。

3：怎么用

普通的Socket

public class SocketConstants {
    //主机地址
    public static final String HOST_ADDR = "127.0.0.1";

    //端口号
    public static final int PORT = 10003;
}

服务端：

public class TcpServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
      //建立服务端socket服务，并监听一个port
      ServerSocket ss = new ServerSocket(PORT);
      //通过accept方法获取连接过来的client对象
      Socket s = ss.accept();
      String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();
      //获取client发送过来的数据。使用client对象的读取流来读取数据
      InputStream in = s.getInputStream();

      byte[] buf = new byte[1024];
      int len = in.read(buf);
      System.out.println(new String(buf,0,len));
      //关闭client
      s.close();
  }
}

客户端：

public class TcpClient {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
      //创建client的socket服务，指定目的主机和port
      Socket s = new Socket(HOST_ADDR,PORT);
      //为了发送数据。获取socket流中的输出流
      java.io.OutputStream out = s.getOutputStream();
      out.write("hello tcp".getBytes());
      s.close();
  }
}

NioSocket:

public class NIOServer {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        try {
            //创建ServerSocketChannel，监听8080端口
            ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
            ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
            //设置为非阻塞模式
            ssc.configureBlocking(false);
            //为ssc注册选择器
            Selector selector = Selector.open();
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            //创建处理器
            Handler handler = new Handler(1024);
            while(true){
                //等待请求，每次等待阻塞3s，超过3s后线程继续向下运行，如果传入0或者不传入参数则一直阻塞
                if(selector.select(3000) == 0){
                    System.out.println("等待请求超时----");
                    continue;
                }
                System.out.println("处理请求----");
                //获取处理的SelectionKey
                Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();
                while(keyIter.hasNext()){
                    SelectionKey key = keyIter.next();
                    try{
                        //接收到连接请求时
                        if(key.isAcceptable()){
                            handler.handleAccept(key);
                        }
                        //读数据
                        if(key.isReadable()){
                            handler.handleRead(key);
                        }
                    }catch(IOException ex){
                        keyIter.remove();
                        continue;
                    }
                    //处理完后，从待处理的SelectionKey迭代器中移除当前所使用的key
                    keyIter.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private static class Handler{
        private int bufferSize = 1024;
        private String localCharset = "UTF-8";
        public Handler(int bufferSize){
            this.bufferSize = bufferSize;
        }
        public void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException{
            SocketChannel sc = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();
            sc.configureBlocking(false);
            sc.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(bufferSize));
        }
        public void handleRead(SelectionKey key) throws IOException{
            //获取Channel
            SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
            //获取buffer并重置
            ByteBuffer buffer = (ByteBuffer)key.attachment();
            buffer.clear();
            //没有读到内容则关闭
            if(sc.read(buffer) == -1)
                sc.close();
            else{
                //将buffer转换为读状态
                buffer.flip();
                //将buffer中接收到的值按localCharset格式编码后保存到receivedString
                String receivedString = Charset.forName(localCharset).newDecoder().decode(buffer).toString();
                System.out.println("received from client:" + receivedString);
                //返回数据给客户端
                String sendString = "this data is from Server";
                buffer = ByteBuffer.wrap(sendString.getBytes(localCharset));
                sc.write(buffer);
                sc.close();
            }
        }
    }
}

//客户端代码通普通Socket一样，Socket socket = new Socket("192.168.6.42",8080)

4：跟http的区别

区别1：socket是接口，致力于传输层的套接字；http是应用层协议（可能区别本身应该描述成：传输层与应用层的区别更合适）
区别2：socket是长连接（有些场景需要配合高速轮训机制保持连接处于活跃性）；http是短连接

http 为短连接：客户端发送请求都需要服务器端回送响应.请求结束后，主动释放链接，因此为短连接。通常的做法是，不需要任何数据，也要保持每隔一段时间向服务器发送”保持连接”的请求。这样可以保证客户端在服务器端是”上线”状态。 HTTP连接使用的是”请求-响应”方式，不仅在请求时建立连接，而且客户端向服务器端请求后，服务器才返回数据。

Socket为长连接：通常情况下Socket 连接就是 TCP 连接，因此 Socket 连接一旦建立,通讯双方开始互发数据内容，直到双方断开连接。在实际应用中，由于网络节点过多，在传输过程中，会被节点断开连接，因此要通过轮询高速网络，该节点处于活跃状态。

5：跟TCP和UDP的关系

socket编程有两种通信协议可以进行选择。一种是数据报通信，另一种就是流通信。（前者就是UDP通信，后者是TCP通信。）

UDP是一种无连接的协议，这就意味着我们每次发送数据报时，需要同时发送本机的socket描述符和接收端的socket描述符。
因此，我们在每次通信时都需要发送额外的数据。
UDP用来实现实时性较高或者丢包不重要的一些服务。在局域网中UDP的丢包率都相对比较低。比如语音、视频聊天等。

TCP是一种基于连接的协议。在使用流通信之前，我们必须在通信的一对儿socket之间建立连接。其中一个socket作为服务器进行监听连接请求。另一个则作为客户端进行连接请求。一旦两个socket建立好了连接，他们可以单向或双向进行数据传输。
TCP适合于诸如远程登录(rlogin,telnet)和文件传输（FTP）这类的网络服务。

Socket选择可以指定Socket类发送和接受数据的方式。在JDK1.4中共有8个Socket选择可以设置。这8个选项都定义在java.net.SocketOptions接口中。定义如下：

public final static int TCP_NODELAY = 0x0001;
public final static int SO_REUSEADDR = 0x04;
public final static int SO_LINGER = 0x0080;
public final static int SO_TIMEOUT = 0x1006;
public final static int SO_SNDBUF = 0x1001;
public final static int SO_RCVBUF = 0x1002;
public final static int SO_KEEPALIVE = 0x0008;
public final static int SO_OOBINLINE = 0x1003;

有趣的是，这8个选项除了第一个没在SO前缀外，其他7个选项都以SO作为前缀。
其实这个SO就是Socket Option的缩写；因此，在Java中约定所有以SO为前缀的常量都表示Socket选项；
当然，也有例外，如TCP_NODELAY.在Socket类中为每一个选项提供了一对get和set方法，分别用来获得和设置这些选项。

引用：