Java Socket技術總結

1       Socket通訊原理

1.1     ISO七層模型

1.2     TCP/IP五層模型

 

         應用層至關於OSI中的會話層，表示層，應用層。

         區別參考：http://blog.chinaunix.net/uid-22166872-id-3716751.html

 

1.3     TCP報文

 

（1）序號：Seq序號，佔32位，用來標識從TCP源端向目的端發送的字節流，發起方發送數據時對此進行標記。

  （2）確認序號：Ack序號，佔32位，只有ACK標誌位爲1時，確認序號字段纔有效，Ack=Seq+1。

  （3）標誌位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義以下：

  （A）URG：緊急指針（urgent pointer）有效。

  （B）ACK：確認序號有效。

  （C）PSH：接收方應該儘快將這個報文交給應用層。

  （D）RST：重置鏈接。

  （E）SYN：發起一個新鏈接。

  （F）FIN：釋放一個鏈接。

 

 須要注意的是：

  （A）不要將確認序號Ack與標誌位中的ACK搞混了。

  （B）確認方Ack=發起方Req+1，兩端配對。

1.4     Socket通訊

       Socket是應用層與TCP/IP協議族通訊的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP /IP協議族隱藏在Socket接口後面，對用戶來講，一組簡單的接口就是所有，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

1.5     三次握手

         Socket鏈接創建和關閉，詳見：http://www.2cto.com/net/201310/251896.html

2       通訊基本概念

2.1     短鏈接

鏈接->傳輸數據->關閉鏈接 

短鏈接是指SOCKET鏈接，發送數據，接收數據後，立刻斷開鏈接。 

好比：

HTTP1.0默認是短鏈接，無狀態的，瀏覽器和服務器每進行一次HTTP操做，就創建一次鏈接，但任務結束就中斷鏈接。 、

Http1.1默認是長鏈接

無狀態：協議對於事務處理沒有記憶能力；

2.2     長鏈接

鏈接->傳輸數據->保持鏈接 -> 傳輸數據-> 。。。 ->關閉鏈接。 

創建SOCKET鏈接後，不論是否使用，一致保持鏈接。

2.3     半包

接受方沒有接受到一個完整的包，只接受了部分；

緣由：TCP爲提升傳輸效率，將一個包分配的足夠大，致使接受方並不能一次接受完。

影響：長鏈接和短鏈接中都會出現

2.4     粘包

發送方發送的多個包數據到接收方接收時粘成一個包，從接收緩衝區看，後一包數據的頭緊接着前一包數據的尾。

分類：一種是粘在一塊兒的包都是完整的數據包，另外一種狀況是粘在一塊兒的包有不完整的包

出現粘包現象的緣由是多方面的:

1)發送方粘包：由TCP協議自己形成的，TCP爲提升傳輸效率，發送方每每要收集到足夠多的數據後才發送一包數據。若連續幾回發送的數據都不多，一般TCP會根據優化算法把這些數據合成一包後一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包數據。

2)接收方粘包：接收方用戶進程不及時接收數據，從而致使粘包現象。這是由於接收方先把收到的數據放在系統接收緩衝區，用戶進程從該緩衝區取數據， 若下一包數據到達時前一包數據還沒有被用戶進程取走，則下一包數據放到系統接收緩衝區時就接到前一包數據以後，而用戶進程根據預先設定的緩衝區大小從系統接 收緩衝區取數據，這樣就一次取到了多包數據。

2.5     分包

分包（1）：在出現粘包的時候，咱們的接收方要進行分包處理；

分包（2）：一個數據包被分紅了屢次接收；

緣由：1. IP分片傳輸致使的；2.傳輸過程當中丟失部分包致使出現的半包；3.一個包可能被分紅了兩次傳輸，在取數據的時候，先取到了一部分（還可能與接收的緩衝區大小有關係）。

影響：粘包和分包在長鏈接中都會出現

2.6     如何解決半包，粘包問題

出現粘包和半包現象,是由於TCP當中,只有流的概念,沒有包的概念。

UDP不會出現半包，粘包狀況，緣由是UDP是一個完整的數據包，發送時不進行合併，所以接收的時候就不存在粘包狀況。

 

固定長度：每次發送固定長度的數據；

特殊標示：以回車，換行做爲特殊標示；獲取到指定的標識時，說明包獲取完整。

字節長度：包頭+包長+包體的協議形式，當服務器端獲取到指定的包長時才說明獲取完整；

 

參考文章（有圖）：http://blog.csdn.net/pi9nc/article/details/17165171

2.7     何時須要考慮粘包的狀況

短鏈接：不用考慮粘包的狀況；

發送數據無結構，如文件傳輸，這樣發送方只管發送，接收方只管接收存儲，也不用考慮粘包；

長鏈接：須要在鏈接後一段時間內發送不一樣結構數據；

 

處理方式：接收方建立一預處理線程，對接收到的數據包進行預處理，將粘連的包分開；

2.8     TCP與UDP的差異

• 基於鏈接與無鏈接；
• 對系統資源的要求（TCP較多，UDP少）；
• UDP程序結構較簡單；
• 流模式與數據報模式 ；
• TCP保證數據正確性，UDP可能丟包，TCP保證數據順序，UDP不保證。
• 網絡分化：機器自己是好的，可是之間的通訊出現問題；
• 網絡抖動：網絡中的延遲是指信息從發送到接收通過的延遲時間，通常由傳輸延遲及處理延遲組成；而抖動是指最大延遲與最小延遲的時間差，如最大延遲是20毫秒，最小延遲爲5毫秒，那麼網絡抖動就是15毫秒，它主要標識一個網絡的穩定性。

2.9     其餘通訊問題

2.10         參考資料

一個包沒有固定長度，以太網限制在46－1500字節，1500就是以太網的MTU，超過這個量，TCP會爲IP數據報設置偏移量進行分片傳輸，如今通常可容許應用層設置8k（NTFS系）的緩衝區，8k的數據由底層分片，而應用看來只是一次發送。

 

對於UDP，就不要太大，通常在1024至10K。注意一點，你不管發多大的包，IP層和鏈路層都會把你的包進行分片發 送，通常局域網就是1500左右，廣域網就只有幾十字節。分片後的包將通過不一樣的路由到達接收方，對於UDP而言，要是其中一個分片丟失，那麼接收方的 IP層將把整個發送包丟棄，這就造成丟包。

 

TCP做爲流，發包是不會整包到達的，而是源源不斷的到，那接收方就必須組包。而UDP做爲消息或數據報，它必定是整包到達接收方。

 

關於接收，通常的發包都有包邊界，首要的就是你這個包的長度要讓接收方知道，因而就有個包頭信息，對於TCP，接收方先收這個包頭信息，而後再收包 數據。一次收齊整個包也能夠，可要對結果是否收齊進行驗證。這也就完成了組包過程。UDP，那你只能整包接收了。要是你提供的接收Buffer過 小，TCP將返回實際接收的長度，餘下的還能夠收，而UDP不一樣的是，餘下的數據被丟棄並返回WSAEMSGSIZE錯誤。注意TCP，要是你提供的 Buffer佷大，那麼可能收到的就是多個發包，你必須分離它們，還有就是當Buffer過小，而一次收不完Socket內部的數據，那麼Socket接 收事件(OnReceive)，可能不會再觸發，使用事件方式進行接收時。

3       Socket實例

3.1     Socket通訊模型

 

 

 

3.2     Socket架構完整模型

• 解決半包，粘包（編解碼）
• 服務端支持多線程
• 支持心跳檢測
• 指定端口實例化一個SeverSocket
• 調用ServerSocket的accept()方法，以在等待鏈接期間形成阻塞
• 獲取位於該底層的Socket的流以進行讀寫操做
• 將數據封裝成流
• 對Socket進行讀寫
• 關閉打開的流

3.3     服務端開發

 

//創建ServerSocket對象，監聽綁定端口

ServerSocket server=new ServerSocket(1000);

 

//創建接收Socket，阻塞響應

Socket client=server.accept();

 

//得到輸入流，用於接收客戶端信息

InputStream in=server.getInputStream();

//得到輸出流，用於輸出客戶端信息

 

//對輸入流進行包裝，方便使用

BufferedReader inRead=new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

//對輸出流進行包裝，方便使用

PrintWriter outWriter=new PrintWriter(out);

 

while(true)

{

String str=inRead.readLine();//讀入

outWriter.println("輸出到客戶端");

outWriter.flush();//輸出

if(str.equals("end"))

{

break;

}

}

//關閉Socket

client.close();

server.close();

 

3.4     客戶端開發

• 經過IP地址和端口實例化Socket，請求鏈接服務器
• 得到Socket上的流以進行讀寫
• 把流封裝進BufferedReader/PrintWriter的實例
• 對Socket進行讀寫
• 關閉打開的流

 

//使用Socket，創建與服務端的鏈接

Socket client=new Socket("127.0.0.1",1000);

InputStream in=client.getInputStream();//得到輸入流

OutputStream out=client.getOutputStream();//得到輸出流

//包裝輸入流，輸出流

BufferedReader inRead=new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

PrintWriter outWriter=new PrintWriter(out);

//得到控制檯輸入

BufferedReader inConsole=new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

while(true)

{

String str=inConsole.readLine();//讀取控制檯輸入

outWriter.println(str);//輸出到服務端

outWriter.flush();//刷新緩衝區

if(str.equals("end"))

{

break;

}//退出

System.out.println(inRead.readLine())//讀取服務端輸出

}

client.close();

 

DOS下運行客戶端

java -classpath sockettest-0.0.1-SNAPSHOT.jar cn.com.gome.sockettest.basic.ClientTest

3.5     多線程服務端

 

3.6     心跳檢測

         方法1：socket.sendUrgentData(0);//發送1個字節的緊急數據，默認狀況下，服務器端沒有開啓緊急數據處理，不影響正常通訊

try{
      socket.sendUrgentData(0xFF);
}catch(Exception ex){
      reconnect();
}

         只要對方Socket的SO_OOBINLINE屬性沒有打開，就會自動捨棄這個字節，而SO_OOBINLINE屬性默認狀況下就是關閉的。

 

         方法2：自定義心跳字符串

3.7     各種數據讀寫

         傳輸字節，字符，對象【ObjectInputStream ObjectOutputStream】（實例）