JAVA通讯系列一：Java Socket技术总结

 本文是学习java Socket整理的资料，供参考。

1       Socket通讯原理

1.1     ISO七层模型

1.2     TCP/IP五层模型

 

         应用层至关于OSI中的会话层，表示层，应用层。

         区别参考：http://blog.chinaunix.net/uid-22166872-id-3716751.html

 

1.3     TCP报文

 

（1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。

  （2）确认序号：Ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。

  （3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义以下：

  （A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。

  （B）ACK：确认序号有效。

  （C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

  （D）RST：重置链接。

  （E）SYN：发起一个新链接。

  （F）FIN：释放一个链接。

 

 须要注意的是：

  （A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。

  （B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。

1.4     Socket通讯

       Socket是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来讲，一组简单的接口就是所有，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

1.5     三次握手

         Socket链接创建和关闭，详见：http://www.2cto.com/net/201310/251896.html

2       通讯基本概念

2.1     短链接

链接->传输数据->关闭链接 

短链接是指SOCKET链接，发送数据，接收数据后，立刻断开链接。 

好比：

HTTP1.0默认是短链接，无状态的，浏览器和服务器每进行一次HTTP操做，就创建一次链接，但任务结束就中断链接。 、

Http1.1默认是长链接

无状态：协议对于事务处理没有记忆能力；

2.2     长链接

链接->传输数据->保持链接 -> 传输数据-> 。。。 ->关闭链接。 

创建SOCKET链接后，不论是否使用，一致保持链接。

2.3     半包

接受方没有接受到一个完整的包，只接受了部分；

缘由：TCP为提升传输效率，将一个包分配的足够大，致使接受方并不能一次接受完。

影响：长链接和短链接中都会出现

2.4     粘包

发送方发送的多个包数据到接收方接收时粘成一个包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。

分类：一种是粘在一块儿的包都是完整的数据包，另外一种状况是粘在一块儿的包有不完整的包

出现粘包现象的缘由是多方面的:

1)发送方粘包：由TCP协议自己形成的，TCP为提升传输效率，发送方每每要收集到足够多的数据后才发送一包数据。若连续几回发送的数据都不多，一般TCP会根据优化算法把这些数据合成一包后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。

2)接收方粘包：接收方用户进程不及时接收数据，从而致使粘包现象。这是由于接收方先把收到的数据放在系统接收缓冲区，用户进程从该缓冲区取数据，若下一包数据到达时前一包数据还没有被用户进程取走，则下一包数据放到系统接收缓冲区时就接到前一包数据以后，而用户进程根据预先设定的缓冲区大小从系统接收缓冲区取数据，这样就一次取到了多包数据。

2.5     分包

分包（1）：在出现粘包的时候，咱们的接收方要进行分包处理；

分包（2）：一个数据包被分红了屡次接收；

缘由：1. IP分片传输致使的；2.传输过程当中丢失部分包致使出现的半包；3.一个包可能被分红了两次传输，在取数据的时候，先取到了一部分（还可能与接收的缓冲区大小有关系）。

影响：粘包和分包在长链接中都会出现

2.6     如何解决半包，粘包问题

出现粘包和半包现象,是由于TCP当中,只有流的概念,没有包的概念。

UDP不会出现半包，粘包状况，缘由是UDP是一个完整的数据包，发送时不进行合并，所以接收的时候就不存在粘包状况。

 

固定长度：每次发送固定长度的数据；

特殊标示：以回车，换行做为特殊标示；获取到指定的标识时，说明包获取完整。

字节长度：包头+包长+包体的协议形式，当服务器端获取到指定的包长时才说明获取完整；

 

参考文章（有图）：http://blog.csdn.net/pi9nc/article/details/17165171

2.7     何时须要考虑粘包的状况

短链接：不用考虑粘包的状况；

发送数据无结构，如文件传输，这样发送方只管发送，接收方只管接收存储，也不用考虑粘包；

长链接：须要在链接后一段时间内发送不一样结构数据；

 

处理方式：接收方建立一预处理线程，对接收到的数据包进行预处理，将粘连的包分开；

2.8     TCP与UDP的差异

• 基于链接与无链接；
• 对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
• UDP程序结构较简单；
• 流模式与数据报模式 ；
• TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。
• 网络分化：机器自己是好的，可是之间的通讯出现问题；
• 网络抖动：网络中的延迟是指信息从发送到接收通过的延迟时间，通常由传输延迟及处理延迟组成；而抖动是指最大延迟与最小延迟的时间差，如最大延迟是20毫秒，最小延迟为5毫秒，那么网络抖动就是15毫秒，它主要标识一个网络的稳定性。

2.9     其余通讯问题

2.10         参考资料

一个包没有固定长度，以太网限制在46－1500字节，1500就是以太网的MTU，超过这个量，TCP会为IP数据报设置偏移量进行分片传输，如今通常可容许应用层设置8k（NTFS系）的缓冲区，8k的数据由底层分片，而应用看来只是一次发送。

 

对于UDP，就不要太大，通常在1024至10K。注意一点，你不管发多大的包，IP层和链路层都会把你的包进行分片发送，通常局域网就是1500左右，广域网就只有几十字节。分片后的包将通过不一样的路由到达接收方，对于UDP而言，要是其中一个分片丢失，那么接收方的IP层将把整个发送包丢弃，这就造成丢包。

 

TCP做为流，发包是不会整包到达的，而是源源不断的到，那接收方就必须组包。而UDP做为消息或数据报，它必定是整包到达接收方。

 

关于接收，通常的发包都有包边界，首要的就是你这个包的长度要让接收方知道，因而就有个包头信息，对于TCP，接收方先收这个包头信息，而后再收包数据。一次收齐整个包也能够，可要对结果是否收齐进行验证。这也就完成了组包过程。UDP，那你只能整包接收了。要是你提供的接收Buffer太小，TCP将返回实际接收的长度，余下的还能够收，而UDP不一样的是，余下的数据被丢弃并返回WSAEMSGSIZE错误。注意TCP，要是你提供的Buffer佷大，那么可能收到的就是多个发包，你必须分离它们，还有就是当Buffer过小，而一次收不完Socket内部的数据，那么Socket接收事件(OnReceive)，可能不会再触发，使用事件方式进行接收时。

3       Socket实例

3.1     Socket通讯模型

 

 

 

3.2     Socket架构完整模型

• 解决半包，粘包（编解码）
• 服务端支持多线程
• 支持心跳检测
• 指定端口实例化一个SeverSocket
• 调用ServerSocket的accept()方法，以在等待链接期间形成阻塞
• 获取位于该底层的Socket的流以进行读写操做
• 将数据封装成流
• 对Socket进行读写
• 关闭打开的流

3.3     服务端开发

 

//创建ServerSocket对象，监听绑定端口

ServerSocket server=new ServerSocket(1000);

 

//创建接收Socket，阻塞响应

Socket client=server.accept();

 

//得到输入流，用于接收客户端信息

InputStream in=server.getInputStream();

//得到输出流，用于输出客户端信息

 

//对输入流进行包装，方便使用

BufferedReader inRead=new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

//对输出流进行包装，方便使用

PrintWriter outWriter=new PrintWriter(out);

 

while(true)

{

String str=inRead.readLine();//读入

outWriter.println("输出到客户端");

outWriter.flush();//输出

if(str.equals("end"))

{

break;

}

}

//关闭Socket

client.close();

server.close();

 

3.4     客户端开发

• 经过IP地址和端口实例化Socket，请求链接服务器
• 得到Socket上的流以进行读写
• 把流封装进BufferedReader/PrintWriter的实例
• 对Socket进行读写
• 关闭打开的流

 

//使用Socket，创建与服务端的链接

Socket client=new Socket("127.0.0.1",1000);

InputStream in=client.getInputStream();//得到输入流

OutputStream out=client.getOutputStream();//得到输出流

//包装输入流，输出流

BufferedReader inRead=new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

PrintWriter outWriter=new PrintWriter(out);

//得到控制台输入

BufferedReader inConsole=new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

while(true)

{

String str=inConsole.readLine();//读取控制台输入

outWriter.println(str);//输出到服务端

outWriter.flush();//刷新缓冲区

if(str.equals("end"))

{

break;

}//退出

System.out.println(inRead.readLine())//读取服务端输出

}

client.close();

 

DOS下运行客户端

java -classpath sockettest-0.0.1-SNAPSHOT.jar cn.com.gome.sockettest.basic.ClientTest

3.5     多线程服务端

 

3.6     心跳检测

         方法1：socket.sendUrgentData(0);//发送1个字节的紧急数据，默认状况下，服务器端没有开启紧急数据处理，不影响正常通讯

try{
      socket.sendUrgentData(0xFF);
}catch(Exception ex){
      reconnect();
}

         只要对方Socket的SO_OOBINLINE属性没有打开，就会自动舍弃这个字节，而SO_OOBINLINE属性默认状况下就是关闭的。

 

         方法2：自定义心跳字符串

3.7     各种数据读写

         传输字节，字符，对象【ObjectInputStream ObjectOutputStream】（实例）