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Java网络编程和NIO详解1：JAVA 中原生的 socket 通信机制

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java网络编程和NIO详解1：JAVA 中原生的 socket 通信机制，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含10341字，纯文字阅读大概需要15分钟。

内容图文

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该系列博文会告诉你如何从计算机网络的基础知识入手，一步步地学习Java网络基础，从socket到nio、bio、aio和netty等网络编程知识，并且进行实战，网络编程是每一个Java后端工程师必须要学习和理解的知识点，进一步来说，你还需要掌握Linux中的网络编程原理，包括IO模型、网络编程框架netty的进阶原理，才能更完整地了解整个Java网络编程的知识体系，形成自己的知识框架。

为了更好地总结和检验你的学习成果，本系列文章也会提供部分知识点对应的面试题以及参考答案。

如果对本系列文章有什么建议，或者是有什么疑问的话，也可以关注公众号【Java技术江湖】联系作者，欢迎你参与本系列博文的创作和修订。

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当前环境

  1. 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）

<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>

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：

<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>

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：

<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>

结果展示

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：

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：

// 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() {br/>@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>public class TCP服务端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {br/>@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(); } }

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() {br/>@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>public class UDP服务端 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {br/>@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(); } }

后续

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

内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的Java网络编程和NIO详解1：JAVA 中原生的 socket 通信机制全部内容，希望文章能够帮你解决Java网络编程和NIO详解1：JAVA 中原生的 socket 通信机制所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

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来源：【匿名】