详解JAVA Socket

目录

1.概述

2.使用

3.使用场景

3.1.web server中的网络通信

3.2.长连接

3.3.性能问题

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1.概述

什么是网络通信：

就像打电话一样，两点间要通信，两点间就必须有连接，为了实现任意两个节点之间的通信，我们就必须采取手段将所有节点连接起来，形成了一个巨大的拓扑结构，这就是计算机网络，节点间利用这个网络进行数据传输，就是网络通信。

什么是TCP协议：

节点间利用计算机网络进行通信时，难免会出现丢失、乱序，或者网络故障，数据直接就传输不到等情况，所以会存在一些规则用来保证通信的可靠，TCP协议就是一种用来进行可靠通信的规则。TCP协议提供了一套机制来解决数据丢失、乱序、网络故障等异常情况。

博主之前有一篇博文详细介绍了TCP，感兴趣的小伙伴可以移步看一下：

详解TCP__BugMan的博客-CSDN博客

什么是socket：

很明显作为开发BS架构应用的主流语言，JAVA也是需要网络通信的，Socket就是JAVA网络通信的核心。可以理解为一个Socket就是一条TCP连接，Socket是对TCP/IP通信过程的一个抽象，它将TCP/IP里面复杂的通信逻辑进行 封装，对用户来说，只要通过一组简单的API就可以实现网络的连接和通信。

2.使用

服务端：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建ServerSocket对象，监听端口号为8888
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("Server started. Waiting for client...");

            // 接受客户端连接请求
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("Client connected: " + socket.getInetAddress().getHostAddress());

            // 获取输入流和输出流
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

            // 接收客户端发送的数据
            String clientMessage = reader.readLine();
            System.out.println("Received from client: " + clientMessage);

            // 发送响应给客户端
            String response = "Hello, client!";
            writer.println(response);
            System.out.println("Sent to client: " + response);

            // 关闭连接
            socket.close();
            serverSocket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建Socket对象，连接服务器的IP地址和端口号
            Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

            // 获取输入流和输出流
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

            // 发送数据给服务器
            String message = "Hello, server!";
            writer.println(message);
            System.out.println("Sent to server: " + message);

            // 接收服务器响应
            String serverResponse = reader.readLine();
            System.out.println("Received from server: " + serverResponse);

            // 关闭连接
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.使用场景

3.1.web server中的网络通信

首先实际开发中很少会需要开发去手写网络通信，网络通信作为一个基础模块，web server，即常用的tomcat、netty等web服务器已经帮开发人员实现了网络通信，从而让开发人员更加专注于业务的开发。

tomcat底层就是使用的socket来进行网络通信，tomcat启动后默认会去8080端口监听，每进来一个新的client端的请求就会用一个socket去接收、处理。如果是老的client端的话会用老的socket来处理请求。也就是说一个client端对应一个socket。

3.2.长连接

每个TCP连接都需要分配一定的内存用于存储连接的状态信息、缓冲区以及其他相关数据。这些信息包括套接字描述符、接收和发送缓冲区、TCP状态等。TCP连接越多，服务器需要分配的内存也会增加，所以能保持的TCP连接的条数是有上限的。

为了保证其它TCP连接能被即使连接进来，Tomcat一类的web server在处理socket时策略很保守，不会让TCP一直开启，即不会让TCP一直保持长连接，在一定时间内没有收到client端的请求后会自动关闭TCP连接。

但我们知道建立TCP连接是一个很重的操作，所以有时候我们希望有些TCP连接可以一直打开，这时候就可以用到长连接的思想。

长连接是HTTP 1.2推出的标准，Tomcat实现了该标准。实现的办法很简单，将要保持长连接的TCP（Socket），交给一条线程，让线程一直活着就行。如果要实现长连接可以参照这个思路。

3.3.性能问题

socket会存在两方面的性能问题：

1.大量时间可能会被浪费在读IO上

accept的socket并不知道其数据包是否已经收完，很可能出现因为数据包没有收完，还需要阻塞在原地等待IO继续收数据包的情况，本来分过来的CPU时间片是希望当前线程向下执行代码，结果用去继续IO收数据包去了，IO操作对于CPU而言很慢，时间片的利用率会很低，耗时会很严重，这也是为什么JAVA后面推出了NIO的原因。

2.单端口读写的话会存在性能瓶颈

由于一个ServerSocket只能监听一个指定的端口，所以当我们在服务端只有一个端口来进行IO的时候，必然会存在性能瓶颈。因为IO的本质就是向某些内存中进行数据的读写，这些内存是专门用来进行IO的。如果只是用了一个端口，那么就只是用了这些内存中的一小块儿，可以想象，很容易就会被打满，导致IO阻塞。

tomcat启动后监听8080端口，就是用的单个端口进行IO，就会存在这一方面的问题。

为了克服这个问题，一种常见的方法是使用负载均衡和多线程技术。服务器可以通过负载均衡将连接分布到多个监听端口上，并使用多线程或线程池来处理连接和读写操作。这样可以提高并发处理能力和吞吐量，减轻单个端口的压力。

以上两个性能问题都是在实际开发中值得注意，可以进行性能优化的点。