JavaSocket编程基础
1、BIO的基本模型图
上图描述了BIOSocket通信时的基本结构
2、Socket通信基本示例
服务端代码：
public class BioServer {
public static void main(String[] args) {
int port = 8080;
try {
ServerSocket server = new ServerSocket(port);
Socket socket = server.accept();
new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
//做相应的结尾动作
}
}
static class ServerHandler implements Runnable {
private Socket socket;
public ServerHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try{
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(),true);
String expression;
String result;
while(true){
//通过BufferedReader读取一行
//如果已经读到输入流尾部，返回null,退出循环
//如果得到非空值，就尝试计算结果并返回
if((expression = in.readLine())==null) break;
System.out.println("服务器收到消息：" + expression);
try{
result = "返回"+expression;
}catch(Exception e){
result = "计算错误：" + e.getMessage();
}
out.println(result);
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
//一些必要的清理工作，由于代码篇幅长，此处就不贴了
}
}
}
}客户端代码:
public class Client {
//默认的端口号
private static int DEFAULT_SERVER_PORT = 12345;
private static String DEFAULT_SERVER_IP = "127.0.0.1";
public static void send(String expression){
send(DEFAULT_SERVER_PORT,expression);
}
public static void send(int port,String expression){
System.out.println("算术表达式为：" + expression);
Socket socket = null;
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try{
socket = new Socket(DEFAULT_SERVER_IP,port);
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(),true);
out.println(expression);
System.out.println("___结果为：" + in.readLine());
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
//一下必要的清理工作
}
}
}
3、Socket相关的网络知识
- int TCP_NODELAY = 0x0001：对此连接禁用 Nagle 算法。
- int SO_BINDADDR = 0x000F：此选项为 TCP 或 UDP 套接字在 IP 地址头中设置服务类型或流量类字段。
- int SO_REUSEADDR = 0x04：设置套接字的 SO_REUSEADDR。
- int SO_BROADCAST = 0x0020：此选项启用和禁用发送广播消息的处理能力。
- int IP_MULTICAST_IF = 0x10：设置用于发送多播包的传出接口。
- int IP_MULTICAST_IF2 = 0x1f：设置用于发送多播包的传出接口。
- int IP_MULTICAST_LOOP = 0x12：此选项启用或禁用多播数据报的本地回送。
- int IP_TOS = 0x3：此选项为 TCP 或 UDP 套接字在 IP 地址头中设置服务类型或流量类字段。
- int SO_LINGER = 0x0080：指定关闭时逗留的超时值。
- int SO_TIMEOUT = 0x1006：设置阻塞 Socket 操作的超时值： ServerSocket.accept(); SocketInputStream.read(); DatagramSocket.receive(); 选项必须在进入阻塞操作前设置才能生效。
- int SO_SNDBUF = 0x1001：设置传出网络 I/O 的平台所使用的基础缓冲区大小的提示。
- int SO_RCVBUF = 0x1002：设置传入网络 I/O 的平台所使用基础缓冲区的大小的提示。
- int SO_KEEPALIVE = 0x0008：为 TCP 套接字设置 keepalive 选项时
- int SO_OOBINLINE = 0x1003：置 OOBINLINE 选项时，在套接字上接收的所有 TCP 紧急数据都将通过套接字输入流接收。
3.1读超时设置SO_TIMEOUT:
当客户端发生了异常，但是客户端的连接并没有关闭，此时服务器应该关闭该socket以便节省资源，所以应该设置一个读取的超时时间，当超过指定的时间后，还没有读到数据，就假定这个连接已经失效了，然后抛异常，服务端关闭连接
3.2连接超时SO_TIMEOUT:
连接超时是在连接的适合等待的超时时间
3.3判断Socket是否可用
当需要判断一个Socket是否可用的时候，不能简简单单判断是否为null，是否关闭，下面给出一个比较全面的判断Socket是否可用的表达式，这是根据Socket自身的一些状态进行判断的，它的状态有：
- bound：是否绑定
- closed：是否关闭
- connected：是否连接
- shutIn：是否关闭输入流
- shutOut：是否关闭输出流
socket != null && socket.isBound() && !socket.isClosed() && socket.isConnected()&& !socket.isInputShutdown() && !socket.isOutputShutdown()
建议如此使用，但这只是第一步，保证Socket自身的状态是可用的，但是当连接正常创建后，上面的属性如果不调用本方相应的方法是不会改变的，也就是说如果网络断开、服务器主动断开，Java底层是不会检测到连接断开并改变Socket的状态，所以，真实的检测连接状态还是得通过额外的手段
3.3.1 自定义心跳包
双方需要约定，什么样的消息属于心跳包，什么样的消息属于正常消息，我们定义前两个字节为消息的长度，那么我们就可以定义第3个字节为消息的属性，可以指定一位为消息的类型，1为心跳，0为正常消息。那么要做的有如下：
- 客户端发送心跳包
- 服务端获取消息判断是否是心跳包，若是丢弃
- 当客户端发送心跳包失败时，就可以断定连接不可用
3.4 设置端口重用SO_REUSEADDR
首先，创建Socket时，默认是禁止的，设置true有什么作用呢，Java API中是这么介绍的：
关闭 TCP 连接时，该连接可能在关闭后的一段时间内保持超时状态（通常称为 TIME_WAIT 状态或 2MSL 等待状态）。对于使用已知套接字地址或端口的应用程序而言，如果存在处于超时状态的连接（包括地址和端口），可能不能将套接字绑定到所需的 SocketAddress 上。
使用 bind(SocketAddress) 绑定套接字前启用 SO_REUSEADDR 允许在上一个连接处于超时状态时绑定套接字。
一般是用在绑定端口的时候使用，但是经过我的测试建议如下：
- 服务端绑定端口后，关闭服务端，重新启动后不会提示端口占用
- 客户端绑定端口后，关闭，即便设置ReuseAddress为true，即便能绑定端口，连接的时候还是会报端口占用异常
综上所述，不建议绑定端口，也没必要设置ReuseAddress，当然ReuseAddress的底层还是和硬件有关系的，或许在你的机器上测试结果和我不一样，若是如此和平台相关性差异这么大配置更是不建议使用了。
3.5设置关闭等待SO_LINGER
SO_LINGER选项用来设置延迟关闭的时间，等待套接字发送缓冲区中的数据发送完成。没有设置该选项时，在调用close()后，在发送完FIN后会立即进行一些清理工作并返回。如果设置了SO_LINGER选项，并且等待时间为正值，则在清理之前会等待一段时间。
以调用close()主动关闭为例，在发送完FIN包后，会进入FIN_WAIT_1状态。如果没有延迟关闭（即设置SO_LINGER选项），在调用tcp_send_fin()发送FIN后会立即调用sock_orphan()将sock结构从进程上下文中分离。分离后，用户层进程不会再接收到套接字的读写事件，也不知道套接字发送缓冲区中的数据是否被对端接收。如果设置了SO_LINGER选项，并且等待时间为大于0的值，会等待套接字的状态从FIN_WAIT_1迁移到FIN_WAIT_2状态。我们知道套接字进入FIN_WAIT_2状态是在发送的FIN包被确认后，而FIN包肯定是在发送缓冲区中的最后一个字节，所以FIN包的确认就表明发送缓冲区中的数据已经全部被接收。当然，如果等待超过SO_LINGER选项设置的时间后，还是没有收到FIN的确认，则继续进行正常的清理工作，Linux下也没有返回错误。从这里看来，SO_LINGER选项的作用是等待发送缓冲区中的数据发送完成，但是并不保证发送缓冲区中的数据一定被对端接收（对端宕机或线路问题），只是说会等待一段时间让这个过程完成。如果在等待的这段时间里接收到了带数据的包，还是会给对端发送RST包，并且会reset掉套接字，因为此时已经关闭了接收通道。
在使用这个选项来延迟关闭连接的时候有两个地方需要注意：
1. 进程会睡眠，直到状态不为FIN_WAIT_1、CLOSING、LAST_ACK（也就是接收到对FIN的ACK包），或者等待超时
2. 在等待的过程中如果接收到带数据的包还是会发送RST包
3.消耗更多的额外资源
TCP协议是一个通用的传输层协议，不关心上层具体的业务，如果要延迟关闭连接，最好是结合自己的业务和场景自己来管理，不要依赖这个选项。nginx的延迟关闭就是自己来管理的，觉得要比直接使用SO_LINGER选项好一些，并且不会导致进程阻塞。 ngxin在发送错误信息后，会等待一段时间，让用户把所有的数据都发送完。超过等待时间后，会直接关闭连接。通过lingering_close，nginx可以保持更好的客户端兼容性，避免客户端被reset掉。
SO_LINGER还有一个作用就是用来减少TIME_WAIT套接字的数量。在设置SO_LINGER选项时，指定等待时间为0，此时调用主动关闭时不会发送FIN来结束连接，而是直接将连接设置为CLOSE状态，清除套接字中的发送和接收缓冲区，直接对对端发送RST包。
3.6设置发送延迟策略TCP_NODELAY
一般来说当客户端想服务器发送数据的时候，会根据当前数据量来决定是否发送，如果数据量过小，那么系统将会根据Nagle 算法（暂时还没研究），来决定发送包的合并，也就是说发送会有延迟，这在有时候是致命的，比如说对实时性要求很高的消息发送，在线对战游戏等，即便数据量很小也要求立即发送，如果稍有延迟就会感觉到卡顿，默认情况下Nagle 算法是关闭的，
但是对延迟要求不是特别高下还是可以使用的，还是可以提升网络传输效率的。
3.7设置输出输出缓冲区大小SO_RCVBUF/SO_SNDBUF
- SO_SNDBUF：发送缓冲
- SO_RCVBUF：接收缓冲
默认都是8K，如果有需要可以修改，通过相应的set方法。不建议修改的太小，设置太小数据传输将过于频繁。太大了将会造成消息停留。
不过我对这个经过测试后有以下结论：
- 当数据填满缓冲区时，一定会发送
- 当数据没有填满缓冲区时也会发送，这个算法还是上面说的Nagle 算法
3.8设置保持连接存活SO_KEEPALIVE
虽然说当设置连接连接的读超时为0，即无限等待时，Socket不会被主动关闭，但是总会有莫名其妙的软件来检测你的连接是否有数据发送，长时间没有数据传输的连接会被它们关闭掉。
因此通过设置这个选项为true，可以有如下效果：当2个小时（具体的实现而不同）内在任意方向上都没有跨越套接字交换数据，则 TCP 会自动发送一个保持存活的消息到对面。将会有以下三种响应：
- 返回期望的ACK。那么不通知应用程序（因为一切正常），2 小时的不活动时间过后，TCP 将发送另一个探头。
- 对面返回RST，表明对面挂了，但是又好了，Socket依然要关闭
- 没有响应，说明对面挂了，这时候关闭Socket
所以对于构建长时间连接的Socket还是配置上SO_KEEPALIVE比较好
3.9异常：java.net.SocketException: Connection reset by peer
这个异常的含义是，我正在写数据的时候，你把连接给关闭了。这个异常在一般正常的编码是不会出现这个异常的，因为用户通常会判断是否读到流的末尾了，读到末尾才会进行关闭操作，如果出现这个异常，那就检查一下判断是否读到流的末尾逻辑是否正确
