前言
前段时间买本书钻研了 TCP/IP 通信，弄清楚了计算机之间是怎么通信的。网络通信的的根底就是 TCP/IP 协定簇，也被称为 TCP/IP 协定栈，也被简称为 TCP/IP 协定。TCP/IP 协定 并不是只有 TCP 和 IP 协定，只是这俩用的比拟多，就用这两个起的名字。
咱们目前应用的 HTTP , FTP , SMTP , DNS , HTTPS , SSH , MQTT , RPC 等都是以 TCP/IP 协定 为根底。下图针对的是 传输层为 TCP。
<img src=”http://oss.mflyyou.cn/blog/20200718221518.svg?author=zhangpanqin” alt=”TCP_IP 同一以太网 (1)” style=”zoom:50%;” />
Linux 内核 为咱们屏蔽了 TCP/IP 通信模型的复杂性，并且 Linux 中所有皆文件，因而为咱们形象了 Socket 文件，理论咱们编码的时候，次要是通过一些零碎调用和 Socket 打交道。
在 Java 中，网络通信这块 netty 提供了很大的便当，然而你理解了这些原理之后，netty 你也理解的差不多了。
内核参数阐明
/proc/sys/net/* 阐明
TCP/IP 内核参数阐明
文件系统局部 /proc/sys/fs/* 阐明
https://www.kernel.org/doc/Documentation/sysctl/net.txt
https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/ip-sysctl.txt
https://www.kernel.org/doc/Documentation/sysctl/fs.txt批改内核参数，有两种改法，比方批改 tcp_syn_retries = 5
- 长期批改
# 查看参数的残缺值 net.ipv4.tcp_syn_retries = 6
sysctl -a | grep tcp_syn_retries
# linux 所有皆文件，所以这个货色也是会在文件中保留，咱们能够批改这个文件内容，长期失效，重启之后就不影响
# 内核属性文件门路都是在 /proc/sys 下，残余的门路就是 net.ipv4.tcp_syn_retries 中的 . 替换为 /
echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries
# 查看批改之后的值
sysctl -a | grep tcp_syn_retries- 永恒批改
# tcp_syn_retries = 7
echo "net.ipv4.tcp_syn_retries = 7" >> /etc/sysctl.conf
# 让批改失效
sysctl -p
# 查看批改之后的值
sysctl -a | grep tcp_syn_retries本文内容
- BIO 通信模型（画图阐明）及 java 代码实现
- NIO 通信模型及 java 代码实现
- 多路复用通信模型（画图阐明），次要是
epoll，会具体解说
通信模型是依照 BIO -> NIO -> 多路复用 缓缓演变过去的，因为互联网的倒退，并发要求比拟高。
本文所用代码地址
https://github.com/zhangpanqin/fly-java-socket本文内容环境：
- jdk .18
- Linux version 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64
BIO 通信
BIO 通信模型 中， 服务端 ServerSocket.accpet 会阻塞期待新的客户端通过 TCP 三次握手 建设连贯，当客户端 Socket 建设了链接，就能够通过 ServerSocket.accpet 失去这个 Socket，而后对这个 Socket 进行读写数据。
Socket 读写数据时，会阻塞以后线程直到操作实现，因而咱们须要为每个客户端调配一个线程，而后在线程中死循环从 Socket 读取数据（客户端发来的数据）。还须要调配一个线程池对 Socket 进行写数据（发送数据到客户端）。
<img src=”http://oss.mflyyou.cn/blog/20200719151354.svg?author=zhangpanqin” alt=”Java Bio” />
应用程序调用零碎调用 read 将数据从 内核态 到 用户态 , 这个过程在 BIO 中是阻塞的。而且数据你不晓得什么时候过去，只能在一个线程中死循环查看数据是否可读。
try {
// 当内核没有筹备好数据的时候，始终在这里阻塞期待数据到来
while ((length = inputStreamBySocket.read(data)) >= 0) {s = new String(data, 0, length, StandardCharsets.UTF_8);
if (s.contains(EOF)) {this.close();
return;
}
log.info("接管到客户端的音讯,clientId: {} ,message: {}", clientId, s);
}
if (length == -1) {log.info("客户端敞开了,clientId: {}, 服务端开释资源", clientId);
this.close();}
} catch (IOException e) {if (length == -1) {this.close();
}
}服务端被动往客户端写数据，应用程序调用 write 也是阻塞的。咱们能够通过线程池来做。为每个客户端会调配一个 id 属性维持会话，用 ConcurrentHashMap<Integer, SocketBioClient> 放弃，要想 1 号客户端写数据，间接从这个 Map 拿出客户端，而后往里面写入数据。
public void writeMessage(Integer clientId, String message) {Objects.requireNonNull(clientId);
Objects.requireNonNull(message);
// 依据客户端 id 取出客户端。final SocketBioClient socketBioClient = CLIENT.get(clientId);
Optional.ofNullable(socketBioClient).orElseThrow(() -> new RuntimeException("clientId:" + clientId + "不非法"));
// 在线程池中运行写入数据
threadPoolExecutor.execute(() -> {if (socketBioClient.isClosed()) {CLIENT.remove(clientId);
return;
}
socketBioClient.writeMessage(message);
});
}BIO 通信 在并发比拟大的时候，就显得力不从心了。比方有五万链接建设，就须要建设五万个线程来进行保护通信。在 java 中线程占用的内存假如为 512KB，内存占用 24GB(50000*0.5/1024GB)，还有 CPU 须要调度五万个线程来读取客户端数据和应答，CPU 绝大数的资源都会节约在线程切换下来了，并且通信的实时性更不能保障。
全连贯队列和半链接队列
1、服务端须要绑定一个 serverIp 和 serverPort ; java 中 api 为 ServerSocket.bind
2、而后在这个 serverIp 和 serverPort 上监听客户端的链接的到来
3、客户单绑定一个 clientIp 和 clientPort，而后调用 Socket.conect(serverIp,serverPort)，通过内核建设 Tcp 链接。
4、而后在服务端死循环调用 ServerSocket.accept 拿到建设连贯 Socket
5、Socket.read 读取客户端发来的数据，Socket.wirte 写数据到客户端
serverIp 和 serverPort 是确定的，只有 clientIp 和 clientPort 只有有一个不同就可以看做是不同的客户端。
clientIp clientPort serverIp serverPort 在通信中也叫四元组，这四个确定能力建设 TCP/IP 链接。
比方咱们的浏览器加载页面的时候，理论是随机创立了一个非法 本地 port，加上已知的 clientIp 去申请 serverIp 和 serverPort 获取数据。
客户端链接服务端的 TCP 三次握手过程：
1、客户端 发送一个 SYN 包给服务端，在 客户端 运行 netstat -natp，能够查看到处于 SYN-SENT 状态
2、服务端 承受到 客户端 SYN 包，将连贯放入半链接队列，而后发送 客户端 一个 SYN+ACK 包，状态处于 SYN_REVD
3、客户端 收到来服务端的 SYN+ACK 包，回复一个 ACK，状态处于 ESTABLISHED (服务端全连贯队列满的时候，客户端链接也是这个状态，当你发送数据的时候，服务端会回复一个 RST 包重置链接)
4、服务端 收到来自客户端的 ACK，链接状态变为 ESTABLISHED（只有服务端看这个状态状态的链接才是真正 TCP 链接过程走完的），并将连贯放入到全连贯队列
队列是一个有界队列，当全连贯队列和半链接队列溢时，会有配置的内核参数决定采纳对应的策略解决。
TCP 抓包
# wireshark, 须要装置这个程序，抓包相干的截图，我应用的 wireshark，mac 也有对应程序
# -i 指定抓取那个网卡，port 指定只显示这个 port 的包
tshark -i eth0 port 10222
# linux 自带
tcpdump -nn -i eth0 port 10222全连贯队列溢出
我在写代码验证及抓包的时候发现，设置的全队列长度为 10，然而能够建设 11 个链接，12 个链接建设的时候就产生了全连贯溢出。
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow
# 长期批改
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow
# 长期批改，批改为 2 之后，发现重试只有两次了
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries当 tcp_abort_on_overflow 为 0 时（默认），示意如果第三次握手（客户端发送了 ACK）的时候，全连贯队列满了，服务端会发送给客户端一个包让其重试发送 ACK。sysctl -a | grep tcp_synack_retries 查看服务端配置第三次握手重试的次数，默认为 5 次。
TCP 三次握手中的第三次客户端发送 ACK 给服务端，全连贯队列满了，会抛弃第三次的 ACK 包，所以后续的过程中，是客户端再次发送 ACK 的包给服务端，服务端始终抛弃，所以，客户端始终发送 ACK。
当 tcp_abort_on_overflow 为 1 时，示意如果第三次握手（客户端发送了 ACK）的时候，全连贯队列满了，服务端会回复一个 RST 包，敞开连贯过程
半链接队列溢出
半链接队列的长度计算公式，来源于 从一次 Connection Reset 说起，TCP 半连贯队列与全连贯队列)
-
backlog，listen时传入的参数，我传入的 10 -
somaxconn，我的是 128 -
tcp_max_syn_backlog，我的为 128
somaxconn 和 tcp_max_syn_backlog 参数含意
# 查看对应端口的 Send-Q
ss -lnt
# net.core.somaxconn = 128
sysctl -a | grep somaxconn
# net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 128
sysctl -a | grep tcp_max_syn_backlogsyn flood 攻打，模仿半链接溢出
# -p 指定端口
# --rand-source 伪造源 ip
# -S 只发送 SYN 包
# --flood 不停的攻打
# 10.211.55.8 攻打的目标 ip
hping3 -S --flood --rand-source -p 10222 10.211.55.8
# 计算半链接的数量
netstat -natp | grep SYN | wc -l我别离将 backlog 设置为 7，123，511 测试的公式正确
nr_table_entries = min(backlog, somaxconn, tcp_max_syn_backlog)
nr_table_entries = max(nr_table_entries, 8)
// roundup_pow_of_two: 将参数（nr_table_entries + 1）向上取整到最小的 2^n
nr_table_entries = roundup_pow_of_two(nr_table_entries + 1)
max_qlen_log = max(3, log2(nr_table_entries))
max_queue_length = 2^max_qlen_logSYN FLOOD 的进攻
客户端发送大量的 SYN 包，而后就不走前面的握手过程，导致服务端半链接队列满了，无奈承受失常用户的握手链接。
# 默认为 1，开启 syn cookie
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
# 长期批改为 0，tcp_syncookies
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies内核参数 tcp_syncookies 设置能够帮咱们做一些进攻 SYN FLOOD 攻打，当设置为 0 的时候，半链接队列满了，服务端会抛弃客户端的 SYN 包，客户端链接的时候，没有收到 SYN+ACK 会重试发送 SYN 包，超过了重试次数，建设连贯失败。
linux 中是内核参数 net.ipv4.tcp_syn_retries = 6，限度 SYN 重试次数，以后半链接队列曾经满了，新的失常链接建设的时候，重试发送的 SYN 次数。
当设置 tcp_syncookies=0 时，是不能抵挡 SYN FLOOD 攻打的，新的失常用户建设不了链接。
当设置 tcp_syncookies=1 时，新的失常链接（走三次握手）还是能够建设 TCP 连贯的，前提是 全连贯队列没有满，全连贯队列满了，走全连贯队列的逻辑。
# 长期批改
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies全连贯队列没有满，服务端会回复一个带 syncookie 的 SYN+ACK 包给客户端，就是给这个包加一个会话标识，客户端收到这个 SYN+ACK 包必须将 syncookie 携带发送 ACK 能力建设三次握手的链接。
全连贯队列满的话会从下面全连贯队列。
Socket Bio 通信 GitHub 地址
NIO 通信
从 BIO 演变到 NIO , 只是反对了同步非阻塞。不要小看非阻塞这个个性，他能够将咱们的线程模型升高为一个（在不思考读写客户端实时性的状况下），BIO 不论你怎么批改，始终都要一个客户端对应一个读线程。NIO 在不思考性能的状况下，实践能够一个线程治理 n 个客户端。
ServerSocketChannel.accept 能够不阻塞期待客户端建设连贯；
while (true) {
try {
// bio 会在这里阻塞期待新的客户端建设。// nio 不阻塞期待，有链接建设，返回客户端。没有链接返回 null
final SocketChannel accept = serverSocket.accept();
if (Objects.nonNull(accept)) {accept.configureBlocking(false);
final int currentIdClient = CLIENT_ID.incrementAndGet();
final SocketNioClient socketNioClient = new SocketNioClient(currentIdClient, accept);
CLIENT.put(currentIdClient, socketNioClient);
new Thread(socketNioClient, "客户端 -" + currentIdClient).start();}
} catch (IOException e) {log.info("承受客户端你失败", e);
}
}SocketChannel.read 能够不阻塞期待数据从内核态到用户态，内核态中没有数据，间接返回。
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
while (true) {
// bio 不论有没有数据，都要在这里期待读取
// nio 当内核中没有数据能够读取，内核会返回 0
length = this.client.read(byteBuffer);
if (length > 0) {byteBuffer.flip();
s = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString();
log.info("接管到客户端的音讯,clientId: {} ,message: {}", clientId, s);
if (s.contains(EOF)) {this.close();
return;
}
}
if (length == -1) {log.info("客户端被动敞开了,clientId: {}, 服务端开释资源", clientId);
this.close();
return;
}
// 这里在内核没有筹备好数据的时候，能够在这里执行一些别的业务代码
}在 NIO 模型下，一个线程就能够治理所有的读写了(不思考响应客户端的实时性)。
package com.fly.socket.nio;
import com.fly.socket.nio.chat.model.ChatPushDTO;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque;
/**
* @author 张攀钦
* @date 2020-07-19-16:32
*/
@Slf4j
public class NioSingleThread implements AutoCloseable {
// 客户端发送这个音讯，阐明要断开连接，服务端被动断开连接
private static final String EOF = "exit";
// 保留会话，因为这个是在单线程中操作的，不须要用并发容器
private static final Map<Integer, SocketChannel> MAP = new HashMap<>(16);
// http 接口被动发消息时，将音讯保留在这个队列中
private static final ConcurrentLinkedDeque<ChatPushDTO> QUEUE = new ConcurrentLinkedDeque<>();
// 因为单线程操作，所以间接申请堆外 buffer，这样性能高，没有思考能不能承受客户端发送音讯的大小，简略写法，只思考 1024 个字节。final ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
// 服务端 socket 绑定那个 端口
private int port;
// 全链接队列的 backlog, 不了解这个属性，看下面的 BIO
private int backlog;
// 本次绑定 ServerSocketChannel
private ServerSocketChannel open;
// NioSingleThread 会注册到 ioc 中，closed 标记是否调用了 NioSingleThread bean 被销毁时调用的 close 办法
private boolean closed = false;
public ServerSocketChannel getOpen() {return open;}
public NioSingleThread(int port, int backlog) {
this.port = port;
this.backlog = backlog;
try {open = ServerSocketChannel.open();
// 设置应用 NIO 模型, ServerSocketChannel.accept 时候不阻塞
open.configureBlocking(false);
open.bind(new InetSocketAddress(port), backlog);
this.init();} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);
}
}
/**
* @Bean(destroyMethod = "close")
* public NioSingleThread nioSingleThread() {* return new NioSingleThread(9998, 20);
* }
*/
@Override
public void close() throws IOException {
closed = true;
if (Objects.nonNull(open)) {if (!open.socket().isClosed()) {open.close();
log.info("敞开客户端了");
}
}
}
// 初始化之后，启动了一个线程
private void init() {
new Thread(() -> {
Integer clientIdAuto = 1;
while (true) {
// 先判断这个 bean 是否被销毁了，销毁了，阐明服务端的在敞开，顺便也敞开 socket
if(closed){if (open.socket().isClosed()) {
try {open.close();
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
}
return;
}
try {
// 解决新的客户端链接建设
final SocketChannel accept = open.accept();
if (Objects.nonNull(accept)) {accept.configureBlocking(false);
MAP.put(clientIdAuto, accept);
clientIdAuto++;
}
// 解决读取事件
MAP.forEach((clientId, client) -> {if (!client.socket().isClosed()) {byteBuffer.clear();
try {final int read = client.read(byteBuffer);
if (read == -1) {client.close();
MAP.remove(clientId);
}
if (read > 0) {byteBuffer.flip();
final String s = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString();
log.info("读取客户端 clientId: {} 到的数据: {}", clientId, s);
if (s.contains(EOF)) {if (!client.socket().isClosed()) {client.close();
}
}
}
} catch (IOException e) {log.error("读取数据异样,clientId: {}", clientId);
}
}
});
// 解决写事件
while (!QUEUE.isEmpty()) {final ChatPushDTO peek = QUEUE.remove();
if (Objects.isNull(peek)) {break;}
final Integer chatId = peek.getChatId();
final String message = peek.getMessage();
final SocketChannel socketChannel = MAP.get(chatId);
if (Objects.isNull(socketChannel) || socketChannel.socket().isClosed()) {continue;}
byteBuffer.clear();
byteBuffer.put(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
byteBuffer.flip();
socketChannel.write(byteBuffer);
}
} catch (IOException e) {throw new RuntimeException("服务端异样", e);
}
}
}, "NioSingleThread"
).start();}
// 对外裸露的接口，写事件
public void writeMessage(ChatPushDTO chatPushDTO) {Objects.requireNonNull(chatPushDTO);
QUEUE.add(chatPushDTO);
}
}
NIO 代码 GitHub 地址
NIO 模型曾经不错了，缩小了线程和内存占用。然而它有一个弊病就是客户端有没有数据还是须要调用零碎调用 read 来看看是否有数据达到。
当比方有五万个链接的时候，咱们须要调用零碎调用五万次 int read = client.read(byteBuffer)，换而言之用户态到内核态须要切换五万次，这也是不小的计算机资源耗费。
IO 模型 持续演变到目前罕用比拟宽泛的 多路复用，它解决了这个零碎调用屡次的问题，将五万次的零碎调用缩小到一次或者屡次。
IO 多路复用
NIO 存在的弊病：不论你客户端有没有数据传过来，我都要调用零碎调用看看有没有数据到来。
客户端建设连贯之后，内核会为这个客户端调配一个 fd(文件描述符)。
IO 多路复用 指的是内核监控客户端（fd）有没有数据到来，当咱们想要晓得哪些客户端数据到来了，只须要调用多路复用器 select , poll , epoll 提供的零碎调用即可，将想要晓得的客户端（fd）传进去，内核就会返回哪些客户端（fd）数据筹备好了。咱们从原来的五万次零碎调用，升高到一次，大大降低了零碎开销。epoll 是这三个多路复用器中效率最高的一个。
1、select 一次调用传入的 fd 是有数量限度的（一次只能传入 1024 个，不同的内核参数可能会不同），五万链接会调用 30 次左右零碎调用，然而内核还是会遍历这五万个链接，查看是否有数据可读。而后调用对应的零碎调用，取得有数据达到的客户端（fd），而后操作 fd 将数据从 内核态 copy 到 用户态 去做业务解决。
2、poll 和 select 差不多，只是零碎调用时传入的 fd 没有限度。poll 和 select 只是缩小了零碎调用，理论内核也是遍历每个链接查看是否可读，所以效率和连贯总数成线性关系，建设连贯的客户端越多效率越低。
3、epoll 不是内核轮训每个 fd 测验是否可读。当客户端数据达到，内核将网卡中将数据读到到本人的内存空间，内核会将有数据达到的连贯放入到一个队列中去，用户态的程序只须要调用 epoll 提供的零碎调用，从这个队里中拿到链接对应的 fd 即可，所以效率和沉闷连接数无关，和连贯总数没有关系（百万链接中可能只有 20% 是沉闷链接）。
epoll 相干的零碎调用
epoll 外部保护了一个红黑树和队列，红黑树记录以后多路复用器须要监测哪些链接的那些操作（读写等），队列中就是哪些操作就绪的链接。
epoll_create
// 返回文件描述符，这个文件描述符对应 epoll 实例，fd 在后续 epoll 相干的零碎调用中有用
int epoll_create(int size);epoll_create 发明一个多路复用器实例 epoll，返回一个 epfd，这个 epfd 指向了 epoll 的实例。epfd 理论就是一个文件描述符。
epoll_ctl
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll_ctl 将客户端或者服务端对应的 socket fd 注册 epoll 上，op 就是指定以后零碎调用的类型，是将 fd 注册到 epoll，还是从 epoll 删除 fd，还是批改在 epoll 上 event。event 指的是 io 操作（读、写等）。
epoll_ctl 设置 epoll 的实例监听哪些客户端或者服务端，并且指定监听它们的那些 io 操作。
epoll_wait
# epoll 返回了筹备好 io 操作的 fd 的数量
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);获取以后多路复用器（epfd）上有多少个客户端 io 操作就绪（注册 epoll 中时指定的操作）。epoll_wait 当没有指定 timeout 时，会始终阻塞期待至多有一个客户端 io 操作就绪。timeout 大于 0 会在超时时间接返回 0。
epoll_event 是承受这个零碎调用中筹备好的事件，事件数据结构中能够拿到对应的客户端 fd。
epoll_wait 是阻塞调用，返回的话：
- 有 io 操作就绪
- 指定的超时工夫到了
- 调用被打断就会返回
epoll 触发形式
epoll 监控多个文件描述符的 io 事件，什么样的状况 epoll 认为是能够读写呢，这是就事件的触发形式。epoll 反对两重触发形式，边缘触发（edge trigger，ET）和程度触发 (level trigger，LT)。
每个 fd 缓冲区，fd 缓冲区中又能够分为读缓冲区和写缓冲区。每个客户端链接对应一个 fd。
客户端数据来了，网卡会将客户端来的数据从网卡的内存中写入到链接对应内核中的 fd 读缓冲区。应用程序调用 epoll_wait 晓得那个链接有数据达到了，再将这个数据从内核态读到用户态，而后做数据处理。
往客户端写数据。应用程序调用 socket (对应一个 fd) api，将数据从用户态写入到内核态中的 fd 写缓冲区中去，而后内核会将数据写入到网卡中去，网卡在适当的机会再发给客户端。
如果 fd 的写缓冲区满了，当调用 write 的时候就会阻塞期待写缓冲区腾出空间来。
TCP 链接数据发送的时候，会有一个滑动窗口控制数据的发送。当发送的快，承受的慢，当超过了这个流量管制，发送的数据包，没有收到客户端发来的 ACK，会持续重试发送数据包。
下图是在流控之内失常发送，服务端发包，客户端接管到，复原一个 ACK。
<img src=”http://oss.mflyyou.cn/blog/20200726191559.png?author=zhangpanqin” alt=”image-20200726191559755″ style=”zoom:150%;” />
这个是流控之外没有发送胜利，会期待接着发送的。
这个也和 fd 的读写缓冲区有关系，客户端的度读缓冲区满了，服务端再怎么发，也不会胜利的。
服务端写数据到客户端，会从
1、程度触发机会
- 对于读操作，只有读缓冲内容不为空，LT 模式返回读就绪。
- 对于写操作，只有写缓冲区不满，LT 模式会返回写就绪。
2、边缘触发机会
读操作
- 当缓冲区由不可读变为可读的时候，即缓冲区由空变为不空的时候。
- 当有新数据达到时，即缓冲区中的待读数据变多的时候。
写操作
- 当缓冲区由不可写变为可写时。
- 当有旧数据被发送走，即缓冲区中的内容变少的时候。
边缘触发相当于只有增量的时候才会触发。
Java 多路复用
Java 中对多路复用器的形象是 Selector。依据不同的平台通过 SPI取得不同的 SelectorProvider。
// 依据 SPI 获取多路复用器，linux 是 epoll,mac 下是 KQueue
public abstract AbstractSelector openSelector()throws IOException;
// 获取服务端 socket
public abstract ServerSocketChannel openServerSocketChannel()throws IOException;
// 获取客户端 socket
public abstract SocketChannel openSocketChannel()throws IOException;public abstract class Selector implements Closeable {
// 相当于 epoll_create , 创立一个多路复用器
public static Selector open() throws IOException {return SelectorProvider.provider().openSelector();}
// 相当于 epoll_wait
// select 实现应用了 synchronized，它的锁和 register 应用的锁有反复，当 select 阻塞的时候，调用 register 也会被阻塞。public abstract int select(long timeout)throws IOException;
public abstract int select() throws IOException;
// 打断 epoll_wait 的阻塞
public abstract Selector wakeup();
// 开释 epoll 的示例
public abstract void close() throws IOException;
// 办法在 AbstractSelector extends Selector
protected abstract SelectionKey register(AbstractSelectableChannel ch,int ops, Object att);
}
public abstract class SocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements
ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel {
/**
* 从通道读取数据是加锁的, 办法线程平安。读取之后的后果 ByteBuffer 操作须要本人保障平安
* synchronized(this.readLock)
*/
@Override
public abstract int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
/**
* 将缓冲区的数据写入到通道中, 加锁。然而 ByteBuffer 须要本人保障平安
* synchronized(this.writeLock)
*/
@Override
public abstract int write(ByteBuffer src) throws IOException;
}一个简略 Demo
/**
* @author 张攀钦
* @date 2020-07-26-16:15
*/
public class SocketDemo1 {public static void main(String[] args) throws IOException {// 调用 socket() 零碎调用获取 socketfd
final ServerSocketChannel open = ServerSocketChannel.open();
// 注册多路复用器的 socket 必须是非阻塞的
open.configureBlocking(false);
// 调用 bind 零碎调用，将 socketfd 绑定特定的 ip 和 port
open.bind(new InetSocketAddress("10.211.55.8", 10224), 8);
// 调用 epoll_create 多创立一个多路复用器，epoll
final Selector open1 = Selector.open();
// epoll_ctl 让 epoll 监听 socketfd 的 哪些 io 操作
open.register(open1, SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 解决 Selector.select 阻塞的时候，调用 Selector.register 被阻塞的问题，这个点很重要，肯定要了解
final LinkedBlockingQueue<Runnable> objects = new LinkedBlockingQueue<>(1024);
// 创立监听客户端的 epoll，能够依据业务，创立肯定数量 epoll, 每个 epoll 下监听一定量客户端链接
Selector open2 = Selector.open();
// 这个线程用于读取数据
new Thread(() -> {while (true) {
try {
// 调用这个办法会阻塞，阻塞的时候期待 io 操作，select 阻塞的时候锁没有开释，当调用 register 也被阻塞了，最终可能造成多个线程 // 都被阻塞
int select = open2.select();
if (select > 0) {final Set<SelectionKey> selectionKeys = open2.selectedKeys();
final Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {System.out.println("轻易输出数据");
// 能够在这里阻塞将数据从内核态读入到用户态，次要为了验证缓冲区和 Tcp 的滑动窗口
System.in.read();
final SelectionKey next = iterator.next();
iterator.remove();
if (next.isReadable()) {final SocketChannel channel = (SocketChannel) next.channel();
final ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(1024);
final int read = channel.read(allocate);
// 长度为 -1 的时候阐明客户端敞开了
if (read == -1) {channel.close();
}
if (read > 0) {allocate.flip();
System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(allocate).toString());
}
}
}
}
// 在这里解决 select 阻塞 register 的问题。final Runnable poll = objects.poll();
if (Objects.nonNull(poll)) {poll.run();
}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
}
}).start();
// 次要用于承受客户端的链接，并将链接注册到 epoll 的逻辑
new Thread(() -> {while (true) {
try {if (open1.select(100) <= 0) {continue;}
final Set<SelectionKey> selectionKeys = open1.selectedKeys();
final Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {final SelectionKey next = iterator.next();
iterator.remove();
if (next.isValid() & next.isAcceptable()) {final ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) next.channel();
final SocketChannel accept = channel.accept();
if (Objects.nonNull(accept)) {accept.configureBlocking(false);
objects.put(() -> {open2.wakeup();
try {accept.register(open2, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
} catch (ClosedChannelException e) {e.printStackTrace();
}
});
open2.wakeup();}
}
}
} catch (IOException | InterruptedException e) {e.printStackTrace();
}
}
}).start();}
}
参考资料
TCP/IP 介绍
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