网络编程之 Socket 编程 一文看懂

但使龙城飞将在,只缘身在此山中

之前在 BIO、NIO 入门(Netty 先导) 一文中聊了 socket ,本文想把视野拉大,从计算机网络的纬度来聊聊 socket

温故而知新,聊聊网络模型

网络编程之 Socket 编程 一文看懂_第1张图片

上图对比给出了 ISO(International Standardization Organization 国际标准化组织)的 OSI (Open System Interconnect Reference Model 开放式系统互联参考模型)七层网络参考模型,这个模型是标准,是参考,而现在使用最广的实现是 TCP/IP 的四层模型。

Tips:这里提一下,网上有说 TCP/IP 四层模型的,也有说五层的,区别在于 四层是把 数据链路层 和 物理层 合并为一个 网络接口层,这两种说法都不为错。

聊点真实的

感觉上图说的还是有点虚,懂了但是好像没完全懂。那这里我们聊点真实的,说说我们真正在用的 TCP/IP 网络模型,以 五层分层为例,这样更清楚一些。

网络编程之 Socket 编程 一文看懂_第2张图片

总的来说,我们日常编程玩的大部分都在 应用层 和 传输层 这两块。OK 这里提到 Socket 编程,那么 Socket 在哪?用来干嘛?继续来点真实的

说说 Socket

网络编程之 Socket 编程 一文看懂_第3张图片

所谓 Socket 编程,其实就是在串联 应用层传输层以达到我们的需求目的。主要就是在操作 传输层的协议,而我们主流的传输层协议就是 TCP 和 UDP 所以重点关注这两个协议即可。

不得不说的 TCP 和 UDP

时常被问到的一个问题:TCP 和 UDP 什么区别? 通常答案是这样的

TCP 是面向连接的;UDP 面向无连接。

TCP 是可靠的,无差错、不丢失、保证顺序;UDP 不可靠,不保证

TCP 面向字节流,发送时是一个流;UDP 面向数据报 ,一个一个发送

TCP 可以提供 流量控制,拥塞控制;UDP 没有

以上大概是常用的回答了,但是对于自己理解来说,似乎总有些说不清道不明的迷糊在里面。比如

连接到底是什么?真的是在网线中维系了这样一种抽象的链路吗?

不是的,”连接“ 意思上感觉是通路,其实其只存在于两端,即需要通信的两端。

建立连接其实就是在通信两端建立一种数据结构,然后维持这种数据结构,以保证通信双方可以互相识别对方发送过来的信息,并用这样的数据结构保证面向连接的特性。

来点真实的:连接在两端,而非通路。可以理解为两端数据结构的协调,这个数据结构类比 Java 可以理解为 Class

两边数据结构状态一致,符合 TCP 的规则,那就认为连接存在,如果对不上就是连接断了。

而所谓的可靠、顺序、流传输,这些也都是通过两端的数据结构来保证。可靠是数据结构在点名,顺序是数据结构进行了排序、流传输是数据结构对单个包进行了归并统一发送。

生活的例子:

我觉得很形象的就是我们买东西时 收发快递 ,你与商家就是两端,网络层就相当于你们彼此知道地址,而发送包裹交给物流,具体发生什么事你们根本不知道,你们只关心结果,而 ”数据结构“ 就是商家和买家各自对于包裹异常所作出的行为补正,用于保证快递正确到达且完好无损。

回到 Socket 编程

经过上面的铺垫,可以知道,Socket 编程其实就是端对端的编程,其控制的是端上的逻辑,有时候我们又会听到一起其他的相关名词。如: Socket 文件、Socket 句柄。 这个其实是在我们最常用的 Linux 服务器上,Socket 就是以一种文件的形式存在的,所以收到内存的大小的限制,Socket 连接数同样也是有限制的,不然迟早要冲垮你的服务器。

下图是 Socket 针对 TCP 协议 Java 版的伪代码。其他语言逻辑类似。

网络编程之 Socket 编程 一文看懂_第4张图片

这里 服务端 绑定好端口,调用 accept 方法,等待一个连接请求,完成 TCP 的三次握手,成功后会返回这个链接的 Socket 对象,那么如果需要处理多个连接就需要多次调用 accept 方法,所以经常可以看到 accept 方法是套在循环里的。

可以发现客户端在创建 Socket 连接的时候似乎不需要绑定端口,这是因为系统会为其随机分配一个端口进行连接,因为客户端只有我们自己在用,所以并不关心客户端端口是多少。

用 Socket 实现 RPC 远程服务调用

ok ,基于理论,这里我用 Java 简单实现了一个 RPC 接口,给大家提供一个实际的参考。

服务端统一接口

public interface RpcServer {

    void stop();

    void start() throws IOException;

    void register(Class<?> serviceInterface, Class<?> impl);

    boolean isRunning();

    int getPort();

}

服务端默认实现

public class DefaultServer implements RpcServer {

    private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

    private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();

    private static boolean isRunning = false;

    private int port;

    public DefaultServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    @Override
    public void stop() {
        isRunning = false;
        executor.shutdown();
    }

    @Override
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("start server");
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));
        System.out.println("====已注册服务====");
        for (Map.Entry<String, Class> entry : serviceRegistry.entrySet()) {
            System.out.println("注册服务名:"+entry.getKey()+" 实现:"+entry.getValue());
        }
        System.out.println("==========");
        try {
            while (true) {
                executor.execute(new ServerTask(serverSocket.accept()));
            }
        } finally {
            serverSocket.close();
        }


    }

    @Override
    public void register(Class<?> serviceInterface, Class<?> impl) {
        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
    }

    @Override
    public boolean isRunning() {
        return isRunning;
    }

    @Override
    public int getPort() {
        return port;
    }

    private class ServerTask implements Runnable {

        private Socket socket;

        public ServerTask(Socket socket) {
            this.socket = socket;
        }


        @Override
        public void run() {
            ObjectInputStream inputStream = null;
            ObjectOutputStream outputStream = null;
            try {
                inputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                String serviceName = inputStream.readUTF();
                String methodName = inputStream.readUTF();
                Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) inputStream.readObject();
                Object[] arguments = (Object[]) inputStream.readObject();
                Class<?> serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
                if (serviceClass == null) {
                    throw new ClassNotFoundException(serviceName + " not found");
                }
                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);
                outputStream = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
                outputStream.writeObject(result);

            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (outputStream != null) {
                    try {
                        outputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (inputStream != null) {
                    try {
                        inputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (socket != null) {
                    try {
                        socket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }

        }
    }
}

客户端实现

public class RPCClient<T> {

    public static  <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {

        return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class[]{serviceInterface},
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        Socket socket = null;
                        ObjectOutputStream output = null;
                        ObjectInputStream input = null;
                        try {
                            socket = new Socket();
                            socket.connect(addr);

                            output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
                            output.writeUTF(serviceInterface.getName());
                            output.writeUTF(method.getName());
                            output.writeObject(method.getParameterTypes());
                            output.writeObject(args);

                            // 4.同步阻塞等待服务器返回应答,获取应答后返回
                            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                            return input.readObject();


                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        } finally {
                            if (socket != null) socket.close();
                            if (output != null) output.close();
                            if (input != null) input.close();
                        }
                        return null;
                    }
                });
    }

}

demo 类

public interface Demo {
    String getName(String name);
}
public class DemoAImpl implements Demo{
    @Override
    public String getName(String name) {
        return "AAAAA "+name;
    }
}

提供服务

public class ProviderTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RpcServer rpcServer = new DefaultServer(8088);
        rpcServer.register(Demo.class, DemoAImpl.class);
        rpcServer.start();
    }
}

客户端调用

public class RpcTest {

    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = RPCClient.getRemoteProxyObj(Demo.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));
        System.out.println(demo.getName("nice"));
    }
}

说明一下

这种编程方式其实是非常原始的,有极大的改进空间,比如用 NIO 或者 Netty 都可以进行优化 BIO、NIO 入门(Netty 先导),还有数据传输的方式,篇幅原因,这里埋个坑,我们下期继续聊。

千回百转,这里是 dying 搁浅。

你可能感兴趣的:(网络编程,Socket编程,dying搁浅)