Java网络编程和NIO详解1JAVA-中原生的-socket-通信机制

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JAVA 中原生的 socket 通信机制

转载自：https://github.com/jasonGeng88/blog

[](https://github.com/jasonGeng8…

  1. jdk == 1.8

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  • 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

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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。

[](https://github.com/jasonGeng8… socket 连接

首先，我们需要建立 socket 连接（_核心代码_）

<pre>import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;

// 初始化 socket
Socket 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);
</pre>

[](https://github.com/jasonGeng8… 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：

<pre>// 输入流
InputStream in = socket.getInputStream();
// 输出流
OutputStream out = socket.getOutputStream();</pre>

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。

<pre>// 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));

}
</pre>

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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：

<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>

发送请求数据代码如下：

<pre>// 发起请求
PrintWriter writer = getWriter(socket);
writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
writer.flush();</pre>

接收响应数据代码如下：

<pre>// 读取响应
String msg;
BufferedReader reader = getReader(socket);
while ((msg = reader.readLine()) != null){

System.out.println(msg);

}</pre>

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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：

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。

<pre>public class Application {

public static void main(String[] args) {new SocketHttpClient().start("www.baidu.com", 80);

}

}</pre>

结果输出：

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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：

// 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：

<pre>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);

    }

}

}</pre>

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。

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。

<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>

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。

补充 1：TCP 客户端与服务端

<pre>public class TCP 客户端 {

public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Override

public void run() {

            try {Socket s = new Socket("127.0.0.1",1234);    // 构建 IO

InputStream is = s.getInputStream();
OutputStream os = s.getOutputStream(); BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
// 向服务器端发送一条消息
bw.write(“ 测试客户端和服务器通信，服务器接收到消息返回到客户端 n ”);
bw.flush(); // 读取服务器返回的消息
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String mess = br.readLine();
System._out_.println(“ 服务器：”+mess);
} catch (UnknownHostException e) {

                e.printStackTrace();

} catch (IOException e) {

                e.printStackTrace();

}

        }
    }).start();

}
}</pre>

<pre>public class TCP 服务端 {

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("启动服务器....");

Socket s = ss.accept();
System._out_.println(“ 客户端:” + s.getInetAddress().getLocalHost() + “ 已连接到服务器 ”);
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
// 读取客户端发送来的消息
String mess = br.readLine();
System._out_.println(“ 客户端：” + mess);
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
bw.write(mess + “n”);
bw.flush();
}

            } catch (IOException e) {e.printStackTrace();

}

        }
    }).start();

}
}</pre>

补充 2：UDP 客户端和服务端

<pre>public class UDP 客户端 {

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 服务端 {

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>

[](https://github.com/jasonGeng8…

  • JAVA 中是如何实现 IO 多路复用
  • Netty 下的实现异步请求的

微信公众号【黄小斜】作者是蚂蚁金服 JAVA 工程师，目前在蚂蚁财富负责后端开发工作，专注于 JAVA 后端技术栈，同时也懂点投资理财，坚持学习和写作，用大厂程序员的视角解读技术与互联网，我的世界里不只有 coding！关注公众号后回复”架构师“即可领取 Java 基础、进阶、项目和架构师等免费学习资料，更有数据库、分布式、微服务等热门技术学习视频，内容丰富，兼顾原理和实践，另外也将赠送作者原创的 Java 学习指南、Java 程序员面试指南等干货资源

正文完
发表至： java
2019-08-23
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