本文介绍了JAVA中实现原生的 socket 通信机制原理，分享给大家，具体如下：
当前环境
jdk == 1.8
知识点
- socket 的连接处理
- IO 输入、输出流的处理
- 请求数据格式处理
- 请求模型优化
场景
今天，和大家聊一下 JAVA 中的 socket 通信问题。这里采用最简单的一请求一响应模型为例，假设我们现在需要向 baidu 站点进行通信。我们用 JAVA 原生的 socket 该如何实现。
建立 socket 连接
首先，我们需要建立 socket 连接（核心代码）
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
import java.net.InetSocketAddress;import java.net.Socket;import java.net.SocketAddress; // 初始化 socketSocket socket = new Socket();// 初始化远程连接地址SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port);// 建立连接socket.connect(remote); |
处理 socket 输入输出流
成功建立 socket 连接后，我们就能获得它的输入输出流，通信的本质是对输入输出流的处理。通过输入流，读取网络连接上传来的数据，通过输出流，将本地的数据传出给远端。
socket 连接实际与处理文件流有点类似，都是在进行 IO 操作。
获取输入、输出流代码如下：
|
1
2
3
4
|
// 输入流InputStream in = socket.getInputStream();// 输出流OutputStream out = socket.getOutputStream(); |
关于 IO 流的处理，我们一般会用相应的包装类来处理 IO 流，如果直接处理的话，我们需要对 byte[] 进行操作，而这是相对比较繁琐的。如果采用包装类，我们可以直接以string、int等类型进行处理，简化了 IO 字节操作。
下面以 BufferedReader 与 PrintWriter 作为输入输出的包装类进行处理。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
// 获取 socket 输入流private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException { InputStream in = socket.getInputStream(); return new BufferedReader(new InputStreamReader(in));}// 获取 socket 输出流private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException { OutputStream out = socket.getOutputStream(); return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out));} |
数据请求与响应
有了 socket 连接、IO 输入输出流，下面就该向发送请求数据，以及获取请求的响应结果。
因为有了 IO 包装类的支持，我们可以直接以字符串的格式进行传输，由包装类帮我们将数据装换成相应的字节流。
因为我们与 baidu 站点进行的是 HTTP 访问，所有我们不需要额外定义输出格式。采用标准的 HTTP 传输格式，就能进行请求响应了（某些特定的 RPC 框架，可能会有自定义的通信格式）。
请求的数据内容处理如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
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"; } } |
发送请求数据代码如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
// 发起请求PrintWriter writer = getWriter(socket);writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));writer.flush();接收响应数据代码如下：// 读取响应String msg;BufferedReader reader = getReader(socket);while ((msg = reader.readLine()) != null){ System.out.println(msg);} |
至此，讲完了原生 socket 下的创建连接、发送请求与接收响应的所有核心代码。
完整代码如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
|
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 { // 设置 socket 连接 SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port); socket.setSoTimeout(5000); socket.connect(remote); // 发起请求 PrintWriter writer = getWriter(socket); System.out.println(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host)); writer.flush(); // 读取响应 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，我们通过实例化一个客户端，来展示 socket 通信的结果。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
public class Application { public static void main(String[] args) { new SocketHttpClient().start("www.baidu.com", 80); }} |
结果输出：
请求模型优化
这种方式，虽然实现功能没什么问题。但是我们细看，发现在 IO 写入与读取过程，是发生了 IO 阻塞的情况。即：
|
1
2
3
|
// 会发生 IO 阻塞writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));reader.readLine(); |
所以如果要同时请求10个不同的站点，如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
|
public class SingleThreadApplication { public static void main(String[] args) { // HttpConstant.HOSTS 为 站点集合 for (String host: HttpConstant.HOSTS) { new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT); } }} |
它一定是第一个请求响应结束后，才会发起下一个站点处理。
这在服务端更明显，虽然这里的代码是客户端连接，但是具体的操作和服务端是差不多的。请求只能一个个串行处理，这在响应时间上肯定不能达标。
- 多线程处理
有人觉得这根本不是问题，JAVA 是多线程的编程语言。对于这种情况，采用多线程的模型再合适不过。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
|
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(); } }} |
这种方式起初看起来挺有用的，但并发量一大，应用会起很多的线程。都知道，在服务器上，每一个线程实际都会占据一个文件句柄。而服务器上的句柄数是有限的，而且大量的线程，造成的线程间切换的消耗也会相当的大。所以这种方式在并发量大的场景下，一定是承载不住的。
- 多线程 + 线程池 处理
既然线程太多不行，那我们控制一下线程创建的数目不就行了。只启动固定的线程数来进行 socket 处理，既利用了多线程的处理，又控制了系统的资源消耗。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
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); } }} |
关于启动的线程数，一般 CPU 密集型会设置在 N+1（N为CPU核数），IO 密集型设置在 2N + 1。
这种方式，看起来是最优的了。那有没有更好的呢，如果一个线程能同时处理多个 socket 连接，并且在每个 socket 输入输出数据没有准备好的情况下，不进行阻塞，那是不是更优呢。这种技术叫做“IO多路复用”。在 JAVA 的 nio 包中，提供了相应的实现。
后续
- JAVA 中是如何实现 IO多路复用
- Netty 下的实现异步请求的
github地址：https://github.com/jasonGeng88/blog/tree/master/201708
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持服务器之家。
原文链接：https://segmentfault.com/a/1190000010740643
