netty的I/O通信

1、ServerSocket与Socket

ServerSocket类

创建一个ServerSocket类，同时在运行该语句的计算机的指定端口处建立一个监听服务，如：
ServerSocket MyListener=new ServerSocket(8080)；
这里指定提供监听服务的端口是8080，一台计算机可以同时提供多个服务，这些不同的服务之间通过端口号来区别，不同的端口号上提供不同的服务。

为了随时监听可能的Client请求，执行如下的语句：
Socket LinkSocket=MyListener．accept()；
该语句调用了ServerSocket对象的accept()方法，这个方法的执行将使Server端的程序处于等待状态，程序将一直阻塞直到捕捉到一个来自Client端的请求，并返回一个用于与该Client通信的Socket对象Link-Socket。
此后Server程序只要向这个Socket对象读写数据，就可以实现向远端的Client读写数据。结束监听时，关闭ServerSocket对象：
Mylistener.close()；

Socket类

当Client程序需要从Server端获取信息及其他服务时，创建一个Socket对象：
Socket MySocket=new Socket(“ServerComputerName”，8080)；
Socket类的构造函数有两个参数，第一个参数是欲连接到的Server计算机的主机地址，第二个参数是该Server机上提供服务的端口号。

Socket对象建立成功之后，就可以在Client和Server之间建立一个连接，并通过这个连接在两个端点之间传递数据。利用Socket类的方法getOutputStream()和getInputStream()分别获得向Socket读写数据的输入／输出流，最后将从Server端读取的数据重新返还到Server端。
当Server和Client端的通信结束时，可以调用Socket类的close()方法关闭Socket，拆除连接。
ServerSocket 一般仅用于设置端口号和监听，真正进行通信的是服务器端的Socket与客户端的Socket，在ServerSocket 进行accept之后，就将主动权转让了。

2、Java Socket 之 TCP Socket

Java 为TCP协议提供两个类：Socket 类和 ServerSocket 类。

ServerSocket的用法

ServerSocket的构造方法，其中有：
ServerSocket() throws IOException
ServerSocket(int port) throws IOException
ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException

构造器的参数：
port 监听的端口、
backlog 客户连接请求队列的长度（操作系统默认最大值50）
bindAddr 服务器要绑定的ip地址 （一个服务器有多个网卡，一个网卡1个IP地址）

开发中常见的端口BindException

1、端口已经被其他服务进程占用。
2、有些操作系统，如果不是root权限，不允许绑定1-1023之间的端口。
3、如果参数port设为0，表示操作系统会随机分配一个可用的端口。

客户连接请求队列的长度 backlog

在下面3种情况下仍会采用操作系统默认的队列的最大长度：
1、backlog值大于操作系统限定的队列最大长度50的时候。例如backlog=60，仍将按照50来执行。
2、backlog的值小于或等于0
3、在ServerSocket构造方法中没有设置backlog的值。

ServerSocket的accept()方法

accept()方法从连接的请求队列中获取一个客户端的请求连接，然后创建这个客户连接的Socket对象，并将它返回。
如果队列中没有连接请求，accept()会一直阻塞在那里等待，直到监听到了连接请求才返回。
注意：accept()是阻塞并监听队列的连接请求，并创建和返回连接请求的Socket对象。
建立TCP连接是由操作系统来完成的，连接创建后放到了队列里。accept()只是从连接队列里取出连接，而不是创建连接。它起到的作用就是阻塞和监听，并把操作系统建立的TCP连接封装成Socket对象返回。

参考：ServerSocket的用法
Java Socket 之 TCP Socket

3、InetSocketAddress IP套接字对象

InetSocketAddress是IP套接字地址（IP地址+端口号），也可以是一对（主机名+端口号）。
构造器：
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) （根据IP地址和端口号创建套接字地址。
）
InetSocketAddress(int port) （创建一个套接字地址，其中IP地址为通配符地址，端口号为指定值。）
InetSocketAddress(String hostname, int port) （根据主机名和端口号创建套接字地址。
）
InetSocketAddress（IP套接字地址对象），只能用于bind操作。无论bio还是nio都要使用套接字地址通信。
在bio中，ServerSocket代码如下:

    public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException {
     
        setImpl();
        if (port < 0 || port > 0xFFFF)
            throw new IllegalArgumentException(
                       "Port value out of range: " + port);
        if (backlog < 1)
          backlog = 50;
        try {
     
        //InetSocketAddress套接字对象进行bind绑定
            bind(new InetSocketAddress(bindAddr, port), backlog);
        } catch(SecurityException e) {
     
            close();
            throw e;
        } catch(IOException e) {
     
            close();
            throw e;
        }
    }

在nio中，InetSocketAddress需要和服务器通道ServerSocketChannel进行bind绑定：

public class Server implements Runnable{
     
	//1 多路复用器（管理所有的通道）
	private Selector seletor;
	//2 建立缓冲区
	private ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
	//3 
	private ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
	public Server(int port){
     
		try {
     
			//1 打开路复用器（选择器）
			this.seletor = Selector.open();
			//2 打开服务器通道
			ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
			//3 设置服务器通道为非阻塞模式
			ssc.configureBlocking(false);
			//4 绑定InetSocketAddress套接字地址对象
			ssc.bind(new InetSocketAddress(port));
			//5 把服务器通道注册到多路复用器上，并且监听阻塞事件
			ssc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_ACCEPT);
			
			System.out.println("Server start, port :" + port);
			
		} catch (IOException e) {
     
			e.printStackTrace();
		}
	}

InetAddress

InetAddress 代表IP地址封装对象。而InetSocketAddress是IP套接字对象。

4、TCP协议之长连接和短连接的实现

TCP本身并没有长短连接的区别，长短连接取决于我们怎么用它。因此长、短连接通常是对应用层来说的。

短连接： 每次通信时，创建 Socket；一次通信结束，调用 socket.close()。这就是一般意义上的短连接。
短连接的好处是管理起来比较简单，存在的连接都是可用的连接，不需要额外的控制手段。

长连接： 每次通信完毕后，不会关闭连接，这样可以做到连接的复用。
长连接的好处是省去了创建连接的耗时，提升了性能。
长连接，需要担心各种问题：比如端对端连接的维护，连接的保活 。

长连接还常常被用来做数据的推送，我们大多数时候对通信的认知还是request/response 模型，但 TCP 双工通信的性质决定了它还可以被用来做双向通信。在长连接之下，可以很方便的实现 push 模型。

TCP/IP协议

IP协议： 提供 主机与主机 间的通信。
TCP协议： 在IP协议提供的主机间通信的基础上，实现2个主机上进程与进程的通信。

TCP的3次握手

1、客户端向服务端发送一个SYN，假如sequence number （seq）为x。这个x是根据操作系统自己随机生成的一个随机数字。
2、服务端收到这个SYN，会再向客户端发送一个SYN，seq number = y，（y是服务端操作系统生成的随机数），回复 ACK x+1，告诉客户端已经收到发送的SYN。
3、客户端收到服务端发送的SYN，回复一个ACK y+1。这个ACK是告诉服务端，SYN已经收到，服务端可以发送数据了。

需要注意的是：连接是客户端主动发起的。

5、协议与网络模型

四层网络模型由上往下依次分为：应用层，传输层，网络层，数据链路层，简单概述一下各层的功：
应用层：对应每一个应用（可以理解为App），协议的最终体现
传输层：对应端对端的链接（可以理解为，网络中的两个机器通过指定的端口链接）
网络层：主要用于在网络中如何找到目标主机（通过IP寻路）
数据链路层：数据的二进制流传输，真正的在物理链路上传输

Http、tcp、udp、socket

协议，是定义了使用规则而已，
协议只是规则，并不能直接使用。
一个协议会对用好多种实现，只要实现能够满足该协议定义的规则即可。

Http

Http是应用层协议，传输层使用的是tcp协议，换句话说就是在tcp的基础上又定义了一系列的上层规则。其中java中的HttpClient工具包可以说是Http协议的具体实现。

tcp、udp

tcp、udp是传输层协议，
不同之处在于，tcp保证传输的可靠性，当然保证可靠就需要额外的开销，因此相对来说性能就会慢。
udp不保证可靠性，因此性能较高。

在java中，socket就是tcp协议的具体实现，而DatagramSocket是udp的具体实现。

需要注意的是，这里的可靠性是相对于传输层来说。并不代表不可靠的udp不能用在可靠的场景中，因为我们完全可以将可靠性交由应用层来保证。这一点一定要区分开。

socket

上面已经提及socket是tcp协议的具体实现。其满足tcp协议所定义的所有规则。

socket实现tcp3次握手的过程

每一个socket对象，都存在一个消息发送队列和消息接收队列。这两个队列可以对应于tcp协议中的滑动窗口，起到流量控制、重发、保证可靠性的作用。

每一个socket对象A的连接请求，服务端都会创建一个socket对象B与A通信，其中A的输入流即为B的输出流，A的输出流即为B的输入流。而创建socket对象B的是ServerSocket对象。

ServerSocket对象主要负责绑定端口，等待请求的接入。其维持两个队列：请求连接但未完成连接（三次握手）的Socket队列，已经完成连接的Socket队列，两个队列的元素和不能超过backlog的值，因此backlog代表中可以接受的最大连接数

原理图如下：

1代表客户端发起握手请求，这时ServerSocket会监听到有请求连接自己绑定的端口，ServerSocket会创建一个与请求对用的socket B，并将其放在第一个队列中，表示该链接在建立阶段，还不可用。然后响应客户端的请求，也就是红线2，表示服务端已经准备好，客户端可以连接了，最后客户端发起连接确认请求，也就是红线3，服务端接收到该请求时，表明该链接创建成功，socket B会从第一个队列中移出，并放入到链接建立的socket队列中，表示该链接现在是可用状态。到此客户端和服务端的链接建立完毕。

6、IO分类

在java中，IO分为Bio、Nio、Aio三类，三者有本质的区别，下面主要讲解其在网络IO中的区别。

Bio

同步阻塞式IO，客户端类为Socket，服务端类为ServerSocket。该类中提供的方法全部为阻塞方法，即该操作完成后，该方法才会返回。
举例说明，如果调用了Socket输入流的readLine方法，那么该方法必须在读取到换行符才会返回。
优点：实现简单
缺点：针对每一个客户端请求都需要创建一个IO线程进行处理，并且IO操作在等待条件未满足时，仍然占用已持有资源等待，受网络波动的影响较大。

Nio

同步非阻塞式IO，客户端类为SocketChannel，服务端类为ServerSocketChannel。在Nio中提供了阻塞和非阻塞两种模式，一般我们会使用Nio的非阻塞模式，即每一个方法不会等待条件满足就会立即返回。
举例说明：如果调用SocketChannel的read方法时，不管读没读到数据都会立即返回，那么带来的问题也可想而知，对于IO操作的判断逻辑会变得更加复杂（因为执行IO操作时，并不知道该操作有没有完成）。
优点：Nio中使用一个IO线程（Selector轮询检查每一个注册的Channel）去处理所有的客户端连接，且IO操作会立即返回，不会产生BIO中保持资源等待的情况。
缺点：由于IO操作的完成情况是不确定的，导致了处理逻辑会比Nio复杂，其次IO线程通过轮询的方式检测，当注册在Selector上的Channel非常多时，会成为系统的瓶颈

Aio（Nio2）

异步非阻塞IO，客户端类为AsynchronousSocketChannel，服务端类为AsynchronousServerSocketChannel。
相比于只使用一个IO线程处理IO操作的Nio而言，Aio中不存在额外的IO线程，而是通过事件回调的方式来执行。
优点：不需要IO线程，相比于轮询Channel的Nio而言，采用事件响应模式可以有更小的开销