05 Socket 网络通信实战

05 Socket 网络通信实战

1. 前言

guide-rpc-framework 的第一版使用的是 JDK 提供了 socket 进行网络编程。为了搞懂具体原理，我们首先要学会使用 Socket 进行网络通信。

2.什么是 Socket(套接字)

Socket 是一个抽象概念，应用程序可以通过它发送或接收数据。在使用 Socket 进行网络通信的时候，通过 Socket 就可以让我们的数据在网络中传输。操作套接字的时候，和我们读写文件很像。套接字是 IP 地址与端口的组合，套接字 Socket=（IP 地址：端口号）。

要通过互联网进行通信，至少需要一对套接字：

1运行于服务器端的 Server Socket。
2运行于客户机端的 Client Socket

在 Java 开发中使用 Socket 时会常用到两个类，都在 java.net 包中：

1Socket: 一般用于客户端
2ServerSocket :用于服务端

3.Socket 网络通信过程

Socket 网络通信过程如下图所示：

https://www.javatpoint.com/socket-programming

Socket 网络通信过程简单来说分为下面 4 步：

1建立服务端并且监听客户端请求
2客户端请求，服务端和客户端建立连接
3两端之间可以传递数据
4关闭资源

对应到服务端和客户端的话，是下面这样的。

服务器端：

1创建 ServerSocket 对象并且绑定地址（ip）和端口号(port)：server.bind(new InetSocketAddress(host, port))
2通过 accept()方法监听客户端请求
3连接建立后，通过输入流读取客户端发送的请求信息
4通过输出流向客户端发送响应信息
5关闭相关资源

客户端：

1创建Socket 对象并且连接指定的服务器的地址（ip）和端口号(port)：socket.connect(inetSocketAddress)
2连接建立后，通过输出流向服务器端发送请求信息
3通过输入流获取服务器响应的信息
4关闭相关资源

4. Socket 网络通信实战

4.1. 服务端

public class HelloServer {
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloServer.class);
        public void start(int port) {
            //1.创建 ServerSocket 对象并且绑定一个端口
            try (ServerSocket server = new ServerSocket(port);) {
                Socket socket;
                //2.通过 accept()方法监听客户端请求
                while ((socket = server.accept()) != null) {
                    logger.info("client connected");
                    try (ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                         ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream())) {
                        //3.通过输入流读取客户端发送的请求信息
                        Message message = (Message) objectInputStream.readObject();
                        logger.info("server receive message:" + message.getContent());
                        message.setContent("new content");
                        //4.通过输出流向客户端发送响应信息
                        objectOutputStream.writeObject(message);
                        objectOutputStream.flush();
                    } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
                        logger.error("occur exception:", e);
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
                logger.error("occur IOException:", e);
            }
        }
        public static void main(String[] args) {
            HelloServer helloServer = new HelloServer();
            helloServer.start(6666);
        }
    }

ServerSocket 的 accept（）方法是阻塞方法，也就是说 ServerSocket 在调用 accept（)等待客户端的连接请求时会阻塞，直到收到客户端发送的连接请求才会继续往下执行代码。

很明显，我上面演示的代码片段有一个很严重的问题：只能同时处理一个客户端的连接，如果需要管理多个客户端的话，就需要为我们请求的客户端单独创建一个线程。 如下图所示：

对应的 Java 代码可能是下面这样的：

new Thread(() -> {
   // 创建 socket 连接
}).start();

但是，这样会导致一个很严重的问题：资源浪费。

我们知道线程是很宝贵的资源，如果我们为每一次连接都用一个线程处理的话，就会导致线程越来越多，最后达到了极限之后，就无法再创建线程处理请求了。处理的不好的话，甚至可能直接就宕机掉了。

很多人就会问了：那有没有改进的方法呢？

当然有！比较简单并且实际的改进方法就是使用线程池。线程池还可以让线程的创建和回收成本相对较低，并且我们可以指定线程池的可创建线程的最大数量，这样就不会导致线程创建过多，机器资源被不合理消耗。

ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 100, 1, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(100), threadFactory);
threadPool.execute(() -> {
     // 创建 socket 连接
 });

但是，即使你再怎么优化和改变。也改变不了它的底层仍然是同步阻塞的 BIO 模型的事实，因此无法从根本上解决问题。

为了解决上述的问题，Java 1.4 中引入了 NIO ，一种同步非阻塞的 I/O 模型。 由于使用同步非阻塞的 I/O 模型 NIO 来进行网络编程真的太麻烦了。你可以使用基于 NIO 的网络编程框架 Netty ，它将是你最好的选择（前面的章节提到过，后面的章节会详细讲解如何使用 Netty 进行网络编程）！

4.2. 客户端

public class HelloClient {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloClient.class);
    public Object send(Message message, String host, int port) {
        //1. 创建Socket对象并且指定服务器的地址和端口号
        try (Socket socket = new Socket(host, port)) {
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
            //2.通过输出流向服务器端发送请求信息
            objectOutputStream.writeObject(message);
            //3.通过输入流获取服务器响应的信息
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
            return objectInputStream.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            logger.error("occur exception:", e);
        }
        return null;
    }
    public static void main(String[] args) {
        HelloClient helloClient = new HelloClient();
        helloClient.send(new Message("content from client"), "127.0.0.1", 6666);
        System.out.println("client receive message:" + message.getContent());
    }
}

发送的消息实体类：

@Data
@AllArgsConstructor
public class Message implements Serializable {
    private String content;
}

首先运行服务端，然后再运行客户端，控制台输出如下：
服务端:

[main] INFO github.javaguide.socket.HelloServer - client connected
[main] INFO github.javaguide.socket.HelloServer - server receive message:content from client

客户端：

client receive message:new content

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