Java面试题（七）网络编程系列

1.简单说一下http协议

http(Hypertext transfer protocol)超文本传输协议，通过浏览器和服务器进行数据交互，进行超文本（文本、图片、视频等）传输的规定。也就是说，http协议规定了超文本传输所要遵守的规则

2.http协议的特点

• 无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

• 无状态：HTTP协议是无状态协议。对于事务处理没有记忆能力。多个请求之间没有必然的联系

• 基于TCP，http只是规定客户端和服务端数据传输的格式和数据交互行为，并不负责数据传输的细节，底层是基于TCP实现的。

3.http由哪几部分组成

1.请求报文

• 请求行：方法字段、URL字段和HTTP协议版本
• 请求头：例如Accept：/，Host： baidu.com ，User-Agent: HTTPie/1.0.2
• 请求消息：POST请求的参数组成了消息主体
  2.响应报文
• 状态行：响应状态行，包括HTTP版本、状态码200、OK表示成功
• 响应头：包含服务器类型，日期，长度，内容类型等
• 响应正文：服务器返回的数据

4.https和 http有什么区别和特点

经由HTTP进行通信，利用SSL/TLS建立全信道，加密数据包。HTTPS使用的主要目的是提供对网站服务器的身份认证，同时保护交换数据的隐私与完整性。

• 内容加密：采用混合加密技术，中间者无法直接查看明文内容
• 验证身份：通过认证能够验证发送方的身份
• 保护数据完整性：防止传输的内容被中间人冒充或者篡改

5.说一下TCP 的三次握手

所谓的三次握手即TCP连接的建立。这个连接必须是一方主动打开，另一方被动打开的。握手之前主动打开连接的客户端结束CLOSED阶段，被动打开的服务器端也结束CLOSED阶段，并进入LISTEN阶段。随后开始“三次握手”：

• 首先客户端向服务器端发送一段TCP报文，意思就是请求和你建立连接，此时服务端还是LISTEN状态
• 当服务器收到了客户端发出的TCP报文，就有LISTEN变为SYN-RCVD状态，并返回给客户端数据，告诉客户端，我收到了你发的信息，我们可以建立连接。
• 客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文，状态变为ESTABLISHED。
• 服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段，进入ESTABLISHED阶段。此时连接建立成功，开始数据传输

在客户端与服务器端传输的TCP报文中，双方的确认号Ack和序号Seq的值，都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的，这样做保证了TCP报文传输的连贯性。一旦出现某一方发出的TCP报文丢失，便无法继续"握手"，以此确保了"三次握手"的顺利完成。

6.说一下TCP和UDP的区别

TCP：是面向连接的协议，可靠，稳定，确保传输数据的正确性，有验证重发机制，三次握手机制，因此不会出现丢失或乱序。所有TCP的网络开销更大，速度更慢。

UDP：是无连接的数据报服务，不对数据报进行检查与修改，无须等待对方的应答，速度快，可能会丢包，UDP段结构比TCP的段结构简单，因此网络开销也小。

7.说一下同步和异步

• 同步：
  如果有多个任务或者事件要发生，这些任务或者事件必须逐个地进行，排队，只有上一个任务完成了才能执行下一个任务，一个事件或者任务的执行会导致整个流程的暂时等待，这些事件没有办法并发地执行；

• 异步：
  如果有多个任务或者事件发生，这些事件可以并发地执行，一个事件或者任务的执行不会导致整个流程的暂时等待。

8.说一下7层网络协议

• 应用层：文件传输，电子邮件， TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet等等
• 表示层： 数据格式化，代码转换，数据加密 没有协议
• 会话层：它定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，没有协议
• 传输层：TCP，UDP
• 网络层：IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP
• 数据链路层：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等
• 物理层：RJ45，IEEE802等等

9.常见的TCP/UDP有哪些协议

• TCP： FTP、HTTP、Telnet、SMTP、POP3、HTTPS
• UDP：DNS、SNMP、NFS

10.分别写出tcp/upd 的socket服务端，客户端连接步骤

socket tcp 服务端

import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
 
public class TcpSocketServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 监听指定的端口
    int port = 8888;
    // 创建socket服务
    ServerSocket server = new ServerSocket(port);
    // server将一直等待连接的到来
    Socket socket = server.accept();
    // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    byte[] bytes = new byte[1024];
    int len;
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {
      //指定编码格式，发送方和接收方必须统一
      sb.append(new String(bytes, 0, len,"UTF-8"));
    }
        System.out.println("get message from client: " + sb);
	//关闭输入流
    inputStream.close();
    //关闭socket
    socket.close();
    //关闭服务
    server.close();
  }
}

socket tcp 客户端

import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
 
public class TcpSocketClient {
  public static void main(String args[]) throws Exception {
    // 要连接的服务端IP地址和端口
    String host = "127.0.0.1";
    int port = 8888;
    // 与服务端建立连接
    Socket socket = new Socket(host, port);
    // 建立连接后获得输出流
    OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
    String message = "hello,this is a socket client";
    //输出流发送数据
    socket.getOutputStream().write(message.getBytes("UTF-8"));
    //通过shutdownOutput高速服务器已经发送完数据，后续只能接受数据
    socket.shutdownOutput();
    //获取输入流
    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    //建立缓冲区
    byte[] bytes = new byte[1024];
    int len;
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {
      //指定编码格式，发送方和接收方必须统一
      sb.append(new String(bytes, 0, len,"UTF-8"));
    }
    System.out.println("get message from server: " + sb);
    
    //关闭输入流
    inputStream.close();
    //关闭输出流
    outputStream.close();
    //关闭socket连接
    socket.close();
  }
}

socket udp 服务端

public class UDPserver {
  public static void main(String[] args) throws IOException{
  	DatagramSocket ds=null;
    DatagramPacket dpReceive=null;
    int port=8800;
    try
	{
	    ds=new DatagramSocket(port);
	    System.out.println("UDP服务器已启动。。。");
	    byte[] b=new byte[1024];
	    while(ds.isClosed()==false)
	    {
	        dpReceive=new DatagramPacket(b, b.length);
	        try
	        {
	            ds.receive(dpReceive);
	            byte[] Data=dpReceive.getData();
	            int len=Data.length;
	            System.out.println("UDP客户端发送的内容是：" + new String(Data, 0, len).trim());
	            System.out.println("UDP客户端IP：" + dpReceive.getAddress());
	            System.out.println("UDP客户端端口：" + dpReceive.getPort());
	        }
	        catch(IOException e)
	        {
	            e.printStackTrace();
	        }
	    }
	    }
	    catch(SocketException e1)
	    {
	        // TODO 自动生成的 catch 块
	        e1.printStackTrace();
	    }
	}
  }
}

socket udp 客户端

public class UDPClient {
  public static void main(String[] args) throws IOException{
    //定义服务器的地址，端口号，数据
    DatagramSocket ds=null;
    DatagramPacket dpSend=null;
    InetAddress ia=InetAddress.getByName("127.0.0.1");
    int port=8800;
	try
	{
	    ds=new DatagramSocket();
	    for(int i=0;i<5;i++)
	    {
	        byte[] data=("我是 UDP 客户端"+i).getBytes();
	        dpSend=new DatagramPacket(data,data.length,ia,port);
	        ds.send(dpSend);
	        Thread.sleep(1000);
	    }
	    ds.close();
	}
	catch(IOException | InterruptedException e)
	{
	    // TODO 自动生成的 catch 块
	    e.printStackTrace();
	}  
  }
}

11.socket和websocket的区别

• Socket是传输控制层协议，WebSocket是应bai用层协议。
• Socket是应用层与TCP/IP协议族通信bai的中间软件抽象du层，它是一组接口（不是协议，为了方便使用TCP或UDP而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口）
• WebSocket protocol 是HTML5一种新的协议。WebSocket同HTTP一样也是应用层的协议，但是它是一种双向通信协议，是建立在TCP之上的。它实现了浏览器与服务器全双工通信(full-duplex)。一开始的握手需要借助HTTP请求完成

12.说一说哪些情况会造成跨域

• 同一域名，不同端口，例如http://localhost:8000/a.html访问http://localhost:8888/b.js
• 同一域名，不同协议，例如http资源访问https资源
• 不同域名，例如192.168.1.11访问192.168.1.22

13.跨域如何解决

• 前端：利用JSONP
• 后端：利用拦截器允许跨域资源共享Access-Control-Allow-Origin
• nginx：代理跨域，实质和CORS跨域原理一样，通过配置文件设置请求响应头Access-Control-Allow-Origin…等字段

14.简单说一下netty，以及特点

• 高并发：Netty 是一款基于 NIO（Nonblocking IO，非阻塞IO）开发的网络通信框架，对比于 BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高。
• 传输快：Netty 的传输依赖于零拷贝特性，尽量减少不必要的内存拷贝，实现了更高效率的传输。
• 封装好：Netty 封装了 NIO 操作的很多细节，提供了易于使用调用接口。它极大地简化并优化了 TCP 和 UDP 套接字服务器等网络编程,并且性能以及安全性等很多方面甚至都要更好。
• 支持多种协议 如 FTP，SMTP，HTTP 以及各种二进制和基于文本的传统协议。很多开源项目比如我们常用的 Dubbo、RocketMQ、Elasticsearch、gRPC 等等都用到了 Netty

15.netty应用场景

• RPC 框架，dubbo就是用的netty
• HTTP 服务器
• 即时通讯服务
• 消息推送

16.Netty 核心组件有哪些？

• Bootstrap：通过设置bootstrap引导类来完成，该类提供了一个用于应用程序网络层配置的容器
• Channel：Channel 接口是 Netty 对网络操作抽象类，启动连接关闭，读写等操作
• EventLoop：实际就是负责监听网络事件并调用事件处理器进行相关 I/O 操作的处理
• ChannelFuture：可以 通过sync()方法让异步的操作变成同步的
• ChannelHandler：消息的具体处理器。他负责处理读写操作、客户端连接等事情
• ChannelPipeline：当 Channel 被创建时，它会被自动地分配到它专属的 ChannelPipeline

17.Bootstrap 和 ServerBootstrap的区别

• Bootstrap 通常使用 connet() 方法连接到远程的主机和端口，作为一个 Netty TCP 协议通信中的客户端。另外，Bootstrap 也可以通过 bind() 方法绑定本地的一个端口，作为 UDP 协议通信中的一端。
• ServerBootstrap通常使用 bind() 方法绑定本地的端口上，然后等待客户端的连接。
• Bootstrap 只需要配置一个线程组— EventLoopGroup ,而 ServerBootstrap需要配置两个线程组— EventLoopGroup ，一个用于接收连接，一个用于具体的处理。

18.说一说IO中的零拷贝

一般我们的数据如果需要从IO读取到堆内存，中间需要经过Socket缓冲区，也就是说一个数据会被拷贝两次才能到达他的的终点，如果数据量大，就会造成不必要的资源浪费。
Netty针对这种情况，使用了NIO中的另一大特性——零拷贝，当他需要接收数据的时候，他会在堆内存之外开辟一块内存，数据就直接从IO读到了那块内存中去，在netty里面通过ByteBuf可以直接对这些数据进行直接操作，从而加快了传输速度。

netty中零拷贝实现：

• 使用 Netty 提供的 CompositeByteBuf 类, 可以将多个ByteBuf 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 避免了各个 ByteBuf 之间的拷贝。
• ByteBuf 支持 slice 操作, 因此可以将 ByteBuf 分解为多个共享同一个存储区域的 ByteBuf, 避免了内存的拷贝。
• 通过 FileRegion 包装的FileChannel.tranferTo 实现文件传输, 可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标 Channel, 避免了传统通过循环 write 方式导致的内存拷贝问题.

19.长连接和短链接区别

• 短链接：比如HTTP是无状态的的短链接，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。因为连接后接收了数据就断开了，下一次连接又需要重新建立连接。
• 长连接：服务端和客户端连接后，即使数据处理完成，也会保持连接，这样下次数据请求就不需要重新建立连接了

20.说一下netty的长连接机制

当客户端和服务端建立连接后，就会分配一个Channel，当数据接收发送完成后，这个通道处于空闲状态，但是不会关闭连接，等到下次连接时就不用重新连接了，直接用之前的通道。除非是客户端主动关闭连接，这个通道才会关闭。客户端和服务端建建立心跳，例如5分钟客户端向服务端发送一次心跳包，那么如果超过5分钟，没有心跳，就视为无效连接，服务端就会关闭这个连接。

21.说一下TCP 粘包/拆包?

• 粘包就是2次发送的数据粘在一起了，变成一个数据包
• 拆包就是1次发送的数据被拆开成2个数据包

造成粘包拆包的原因

1、要发送的数据大于TCP发送缓冲区剩余空间大小，将会发生拆包。
2、待发送数据大于MSS（最大报文长度），TCP在传输前将进行拆包。
3、要发送的数据小于TCP发送缓冲区的大小，TCP将多次写入缓冲区的数据一次发送出去，将会发生粘包。
4、接收数据端的应用层没有及时读取接收缓冲区中的数据，将发生粘包。

Netty中如何解决粘包拆包

• LineBasedFrameDecoder : 发送端发送数据包的时候，每个数据包之间以换行符作为分隔，
• LineBasedFrameDecoder 的工作原理是它依次遍历 ByteBuf 中的可读字节，判断是否有换行符，然后进行相应的截取。
• DelimiterBasedFrameDecoder : 可以自定义分隔符解码器，LineBasedFrameDecoder 实际上是一种特殊的 DelimiterBasedFrameDecoder 解码器。
• FixedLengthFrameDecoder: 固定长度解码器，它能够按照指定的长度对消息进行相应的拆包。

22.说一下BIO,NIO,AIO

• BIO(阻塞I/O)：在操作IO时，在没有获取到数据的情况下，会一直等待。等待的过程会导致整个程序阻塞，无法去做其他的事情，只有等待完成之后才能去做其他的事情
• NIO(非阻塞I/O)：在JDK1.4以前，Java的IO模型一直是BIO，但从JDK1.4开始，JDK引入的新的IO模型NIO。在操作IO时，如果不能立马读写，调用会马上返回，当IO事件分发器通知可读写时再进行读写，不断循环直到读写完成，这个过程不会影响程序做其他事，不会阻塞
• AIO(异步非阻塞I/O)：JDK1.7发布了NIO2.0，这就是真正意义上的异步非阻塞。当程序执行asynchronous read之后，首先它会立刻返回，然后就去做其他的事情，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了