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Socket – TCP 疾速入门

TCP 是什么

• 英语：Transmission Control Protocol，缩写为 TCP。
• TCP 是 传输控制协议 ；是一种 面向连贯 的、牢靠的 、 基于字节流 的传输层通信协议，由 IETF 的 RFC 793 定义。
• 与 UDP 一样，实现第四层传输层所指定的性能与职责。
• 和 UDP 最大的区别是须要连贯的，三次握手四次挥手，校验机制保障了数据传输的稳定性和可靠性。

TCP 的机制

• 三次握手、四次挥手。
• 具备校验机制、牢靠、稳固的数据传输。

TCP 能做什么

1. 聊天音讯传输、推送。
2. 单人语音视频聊天。
3. 简直 UDP 能做的都能做，但要思考复杂性、性能问题。
4. TCP 无奈进行播送多播的操作。
5. 无奈搜寻，搜寻只能 UDP 来做。

TCP 外围 API 解说

• socket()：创立一个客户端 Socket。
• bind()：绑定一个 Socket 到一个本地地址和端口上。
• accept()：服务器端承受一个新的连贯。
• write()：把数据写入到 Socket 输入流。
• read()：从 Socket 输出流中读取数据。

客户端创立流程

服务端创立流程

三次握手、四次挥手

三次握手：

• 第一次握手：客户端发送带有 SYN 标记的连贯申请报文段，而后进入 SYN_SEND 状态，期待服务端确认。
• 第二次握手 ：服务端承受到客户端的 SYN 报文段后，须要发送 ACK 信息对这个 SYN 报文段进行确认。同时，还要发送本人的 SYN 申请信息。服务端会将上述信息放到一个报文段(SYN+ACK 报文段) 中，一并发送给客户端，此时服务端进入 SYN_RECV 状态。
• 第三次握手：客户端接管到服务端的 SYN+ACK 报文段后，会向服务端发送 ACK 确认报文段，这个报文段发送结束后，客户端和服务端都进入 ESTABLEISHED 状态，实现 TCP 三次握手。

四次挥手：

当被动方收到被动方的 FIN 报文告诉时，它仅仅示意被动方没有数据再发送给被动方了。但未必被动方所有的数据都残缺的发送给了被动方，所以被动方不会马上敞开 SOCKET, 它可能还须要发送一些数据给被动方后，再发送 FIN 报文给被动方，通知被动方批准敞开连贯，所以这里的 ACK 报文和 FIN 报文少数状况下都是离开发送的。

原理：

1. 第一次挥手：Client 发送一个 FIN，用来敞开 Client 到 Server 的数据传送，Client 进入 FIN_WAIT_1 状态。
2. 第二次挥手：Server 收到 FIN 后，发送一个 ACK 给 Client，确认序号为收到序号 +1（与 SYN 雷同，一个 FIN 占用一个序号），Server 进入 CLOSE_WAIT 状态。
3. 第三次挥手：Server 发送一个 FIN，用来敞开 Server 到 Client 的数据传送，Server 进入 LAST_ACK 状态。
4. 第四次挥手：Client 收到 FIN 后，Client 进入 TIME_WAIT 状态，接着发送一个 ACK 给 Server，确认序号为收到序号 +1，Server 进入 CLOSED 状态，实现四次挥手。

TCP 传输可靠性

• 校验和

  发送的数据包的二进制相加而后取反，目标是检测数据在传输过程中的任何变动。如果收到报文段的测验和有过错，TCP 将抛弃这个报文段和不确认收到此报文段。

• 确认应答与序列号

  TCP 给发送的 每一个包进行编号 ，接管方 对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。

• 超时重传

  当TCP 收回一个段后，它启动一个定时器，期待目标端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

• 流量管制

  TCP 连贯的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP 的接收端只容许发送端发送接收端缓冲区能接收的数据。当接管方来不及解决发送方的数据，能提醒发送方升高发送的速率，避免包失落。TCP 应用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协定。

• 拥塞管制

  当网络拥塞时，缩小数据的发送。

利用数据被宰割成 TCP 认为最适宜发送的数据块。

TCP 的接收端会 抛弃反复的数据。

TCP 数据发送流程

排序、组装流程

因为数据传输的程序可能是不肯定的，所以在此两头会进行排序。

数据包失落，进行重传

连贯中断

当连贯中断后，须要进行重连、而后从新进行重传。

一对多传输流程

TCP 根底数据传输案例代码

public class Server {
    private static final int PORT = 20000;

    public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket server = createServerSocket();
        initServerSocket(server);
        // 绑定到本地端口上
        server.bind(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), PORT), 50);
        System.out.println("服务器准备就绪～");
        System.out.println("服务器信息：" + server.getInetAddress() + "P:" + server.getLocalPort());
        // 期待客户端连贯
        for (; ;) {
            // 失去客户端
            Socket client = server.accept();
            // 客户端构建异步线程
            ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(client);
            // 启动线程
            clientHandler.start();}

    }

    private static ServerSocket createServerSocket() throws IOException {
        // 创立根底的 ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
        // 绑定到本地端口 20000 上，并且设置以后可容许期待链接的队列为 50 个
        //serverSocket = new ServerSocket(PORT);
        // 等效于下面的计划，队列设置为 50 个
        //serverSocket = new ServerSocket(PORT, 50);
        // 与下面等同
        // serverSocket = new ServerSocket(PORT, 50, Inet4Address.getLocalHost());
        return serverSocket;
    }

    private static void initServerSocket(ServerSocket serverSocket) throws IOException {
        // 是否复用未齐全敞开的地址端口
        serverSocket.setReuseAddress(true);
        // 等效 Socket#setReceiveBufferSize
        serverSocket.setReceiveBufferSize(64 * 1024 * 1024);
        // 设置 serverSocket#accept 超时工夫
        // serverSocket.setSoTimeout(2000);
        // 设置性能参数：短链接，提早，带宽的绝对重要性
        serverSocket.setPerformancePreferences(1, 1, 1);
    }

    /**
     * 客户端音讯解决
     */
    private static class ClientHandler extends Thread {
        private Socket socket;

        ClientHandler(Socket socket) {this.socket = socket;}

        @Override
        public void run() {super.run();
            System.out.println("新客户端连贯：" + socket.getInetAddress() + "P:" + socket.getPort());
            try {
                // 失去套接字流
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                byte[] buffer = new byte[256];
                int readCount = inputStream.read(buffer);
                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(buffer, 0, readCount);
                // byte
                byte be = byteBuffer.get();
                // char
                char c = byteBuffer.getChar();
                // int
                int i = byteBuffer.getInt();
                // bool
                boolean b = byteBuffer.get() == 1;
                // Long
                long l = byteBuffer.getLong();
                // float
                float f = byteBuffer.getFloat();
                // double
                double d = byteBuffer.getDouble();
                // String
                int pos = byteBuffer.position();
                String str = new String(buffer, pos, readCount - pos - 1);
                System.out.println("收到数量：" + readCount + "数据：" + be + "\n" + c + "\n" + i + "\n" + b + "\n" + l + "\n" + f + "\n" + d + "\n" + str + "\n");
                outputStream.write(buffer, 0, readCount);
                outputStream.close();
                inputStream.close();} catch (Exception e) {System.out.println("连贯异样断开");
            } finally {
                // 连贯敞开
                try {socket.close();
                } catch (IOException e) {e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("客户端已退出：" + socket.getInetAddress() + "P:" + socket.getPort());
        }
    }
}

public class Client {
    private static final int PORT = 20000;
    private static final int LOCAL_PORT = 20001;

    public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket = createSocket();
        initSocket(socket);
        // 链接到本地 20000 端口，超时工夫 3 秒，超过则抛出超时异样
        socket.connect(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), PORT), 3000);
        System.out.println("已发动服务器连贯，并进入后续流程～");
        System.out.println("客户端信息：" + socket.getLocalAddress() + "P:" + socket.getLocalPort());
        System.out.println("服务器信息：" + socket.getInetAddress() + "P:" + socket.getPort());
        try {
            // 发送接收数据
            todo(socket);
        } catch (Exception e) {System.out.println("异样敞开");
        }
        // 开释资源
        socket.close();
        System.out.println("客户端已退出～");

    }

    private static Socket createSocket() throws IOException {
        /*
        // 无代理模式，等效于空构造函数
        Socket socket = new Socket(Proxy.NO_PROXY);
        // 新建一份具备 HTTP 代理的套接字，传输数据将通过 www.baidu.com:8080 端口转发
        Proxy proxy = new Proxy(Proxy.Type.HTTP,
                new InetSocketAddress(Inet4Address.getByName("www.baidu.com"), 8800));
        socket = new Socket(proxy);
        // 新建一个套接字，并且间接链接到本地 20000 的服务器上
        socket = new Socket("localhost", PORT);
        // 新建一个套接字，并且间接链接到本地 20000 的服务器上
        socket = new Socket(Inet4Address.getLocalHost(), PORT);
        // 新建一个套接字，并且间接链接到本地 20000 的服务器上，并且绑定到本地 20001 端口上
        socket = new Socket("localhost", PORT, Inet4Address.getLocalHost(), LOCAL_PORT);
        socket = new Socket(Inet4Address.getLocalHost(), PORT, Inet4Address.getLocalHost(), LOCAL_PORT);
        */
        Socket socket = new Socket();
        // 绑定到本地 20001 端口
        socket.bind(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), LOCAL_PORT));

        return socket;
    }

    private static void initSocket(Socket socket) throws SocketException {
        // 设置读取超时工夫为 2 秒
        socket.setSoTimeout(2000);
        // 是否复用未齐全敞开的 Socket 地址，对于指定 bind 操作后的套接字无效
        socket.setReuseAddress(true);
        // 是否开启 Nagle 算法
        socket.setTcpNoDelay(true);
        // 是否须要在长时无数据响应时发送确认数据（相似心跳包），工夫大概为 2 小时
        socket.setKeepAlive(true);
        // 对于 close 敞开操作行为进行怎么的解决；默认为 false，0
        // false、0：默认状况，敞开时立刻返回，底层零碎接管输入流，将缓冲区内的数据发送实现
        // true、0：敞开时立刻返回，缓冲区数据摈弃，间接发送 RST 完结命令到对方，并无需通过 2MSL 期待
        // true、200：敞开时最长阻塞 200 毫秒，随后按第二状况解决
        socket.setSoLinger(true, 20);
        // 是否让紧急数据内敛，默认 false；紧急数据通过 socket.sendUrgentData(1); 发送
        socket.setOOBInline(true);
        // 设置接管发送缓冲器大小
        socket.setReceiveBufferSize(64 * 1024 * 1024);
        socket.setSendBufferSize(64 * 1024 * 1024);
        // 设置性能参数：短链接，提早，带宽的绝对重要性
        socket.setPerformancePreferences(1, 1, 0);
    }

    private static void todo(Socket client) throws IOException {
        // 失去 Socket 输入流
        OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
        // 失去 Socket 输出流
        InputStream inputStream = client.getInputStream();
        byte[] buffer = new byte[256];
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(buffer);
        // byte
        byteBuffer.put((byte) 126);
        // char
        char c = 'a';
        byteBuffer.putChar(c);
        // int
        int i = 2323123;
        byteBuffer.putInt(i);
        // bool
        boolean b = true;
        byteBuffer.put(b ? (byte) 1 : (byte) 0);
        // Long
        long l = 298789739;
        byteBuffer.putLong(l);
        // float
        float f = 12.345f;
        byteBuffer.putFloat(f);
        // double
        double d = 13.31241248782973;
        byteBuffer.putDouble(d);
        // String
        String str = "Hello 你好！";
        byteBuffer.put(str.getBytes());
        // 发送到服务器
        outputStream.write(buffer, 0, byteBuffer.position() + 1);
        // 接管服务器返回
        int read = inputStream.read(buffer);
        System.out.println("收到数量：" + read);
        // 资源开释
        outputStream.close();
        inputStream.close();}
}