Socket网络编程

Socket概述

Socket，套接字就是两台主机之间逻辑连接的端点。TCP/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。Socket是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远程主机的IP地址、远程进程的协议端口。

Socket整体流程

Socket编程主要涉及到客户端和服务端两个方面，首先是在服务器端创建一个服务器套接字（ServerSocket），并把它附加到一个端口上，服务器从这个端口监听连接。端口号的范围是0到
65536，但是0到1024是为特权服务保留的端口号，可以选择任意一个当前没有被其他进程使用的端口。客户端请求与服务器进行连接的时候，根据服务器的域名或者IP地址，加上端口号，打开一个套接字。当服务器接受连接后，服务器和客户端之间的通信就像输入输出流一样进行操作。

I/O模型

I/O模型说明

 I/O 模型简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的
性能
2. Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式：BIO(同步并阻塞)、NIO(同步非阻塞)、AIO(异步非阻塞)

阻塞与非阻塞：主要指的是访问IO的线程是否会阻塞（或处于等待）；线程访问资源，该资源是否准备就绪的一种处理方式

同步和异步：主要是指的数据的请求方式 同步和异步是指访问数据的一种机制

BIO(同步并阻塞)
Java BIO就是传统的 socket编程.
BIO(blocking I/O) ： 同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。
工作机制

BIO问题分析
1. 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write
2. 并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大
3. 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费

NIO(同步非阻塞)
同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理

AIO(异步非阻塞)

AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

Proactor 模式是一个消息异步通知的设计模式，Proactor 通知的不是就绪事件，而是操作完成事件，这也就是操作系统异步 IO 的主要模型。

BIO、NIO、AIO 适用场景分析
1. BIO(同步并阻塞) 方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，
并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解
2. NIO(同步非阻塞) 方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕
系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4 开始支持
3. AIO(异步非阻塞) 方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分
调用 OS 参与并发操作， 编程比较复杂，JDK7 开始支持。

 

NIO 三大核心原理示意图

一张图描述 NIO 的 Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系

1. 每个 channel 都会对应一个 Buffer
2. Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个 channel(连接)
3. 每个 channel 都注册到 Selector选择器上
4. Selector不断轮询查看Channel上的事件, 事件是通道Channel非常重要的概念
5. Selector 会根据不同的事件，完成不同的处理操作
6. Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组
7. 数据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , BIO 中要么是输入流，或者是输出流, 不能双向，但是
NIO 的 Buffer 是可以读也可以写 , channel 是双向的.

缓冲区(Buffer)

缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个数组，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer.

通道(Channel)

通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel（通道） 开始的。NIO 的通道类似于流，但有些区别如下：
1. 通道可以读也可以写，流一般来说是单向的（只能读或者写，所以之前我们用流进行IO操作的时候
需要分别创建一个输入流和一个输出流）
2. 通道可以异步读写
3. 通道总是基于缓冲区Buffer来读写

Selector (选择器)

可以用一个线程，处理多个的客户端连接，就会使用到NIO的Selector(选择器). Selector 能够检测
多个注册的服务端通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的
处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求。

在这种没有选择器的情况下,对应每个连接对应一个处理线程. 但是连接并不能马上就会发送信息,所以还会产生资源浪费

只有在通道真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程, 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销

 

文章内容输出来源：拉勾教育Java高薪训练营