Socket - TCP 快速入门
TCP 是什么
- 英语：Transmission Control Protocol，缩写为 TCP。
- TCP 是
传输控制协议；是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的 RFC 793 定义。 - 与 UDP 一样，完成第四层传输层所指定的功能与职责。
- 和 UDP 最大的区别是需要连接的，三次握手四次挥手，校验机制保证了数据传输的稳定性和可靠性。
TCP 的机制
- 三次握手、四次挥手。
- 具有校验机制、可靠、稳定的数据传输。
TCP 能做什么
- 聊天消息传输、推送。
- 单人语音视频聊天。
- 几乎 UDP 能做的都能做，但要考虑复杂性、性能问题。
- TCP 无法进行广播多播的操作。
- 无法搜索，搜索只能 UDP 来做。
TCP 核心 API 讲解
socket()：创建一个客户端 Socket。bind()： 绑定一个 Socket 到一个本地地址和端口上。accept()：服务器端接受一个新的连接。write()：把数据写入到 Socket 输出流。read()：从 Socket 输入流中读取数据。
客户端创建流程
服务端创建流程
三次握手、四次挥手
三次握手：
第一次握手：客户端发送带有 SYN 标志的连接请求报文段，然后进入 SYN_SEND 状态，等待服务端确认。第二次握手：服务端接受到客户端的 SYN 报文段后，需要发送 ACK 信息对这个 SYN 报文段进行确认。同时，还要发送自己的 SYN 请求信息。服务端会将上述信息放到一个报文段(SYN+ACK 报文段)中，一并发送给客户端，此时服务端进入 SYN_RECV 状态。第三次握手：客户端接收到服务端的 SYN+ACK 报文段后，会向服务端发送 ACK 确认报文段，这个报文段发送完毕后，客户端和服务端都进入 ESTABLEISHED 状态，完成 TCP 三次握手。
四次挥手：
当被动方收到主动方的 FIN 报文通知时，它仅仅表示主动方没有数据再发送给被动方了。但未必被动方所有的数据都完整的发送给了主动方，所以被动方不会马上关闭 SOCKET,它可能还需要发送一些数据给主动方后，再发送 FIN 报文给主动方，告诉主动方同意关闭连接，所以这里的 ACK 报文和 FIN 报文多数情况下都是分开发送的。
原理：
- 第一次挥手：Client 发送一个 FIN，用来关闭 Client 到 Server 的数据传送，Client 进入 FIN_WAIT_1 状态。
- 第二次挥手：Server 收到 FIN 后，发送一个 ACK 给 Client，确认序号为收到序号+1（与 SYN 相同，一个 FIN 占用一个序号），Server 进入 CLOSE_WAIT 状态。
- 第三次挥手：Server 发送一个 FIN，用来关闭 Server 到 Client 的数据传送，Server 进入 LAST_ACK 状态。
- 第四次挥手：Client 收到 FIN 后，Client 进入 TIME_WAIT 状态，接着发送一个 ACK 给 Server，确认序号为收到序号+1，Server 进入 CLOSED 状态，完成四次挥手。
TCP 传输可靠性
- 校验和
发送的数据包的二进制相加然后取反，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到报文段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
- 确认应答与序列号
TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
- 超时重传
当TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
- 流量控制
TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP 的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。
- 拥塞控制
当网络拥塞时，减少数据的发送。
应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
TCP 数据发送流程
排序、组装流程
由于数据传输的顺序可能是不一定的，所以在此中间会进行排序。
数据包丢失，进行重传
连接中断
当连接中断后，需要进行重连、然后重新进行重传。
一对多传输流程
TCP 基础数据传输案例代码
public class Server {
private static final int PORT = 20000;
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = createServerSocket();
initServerSocket(server);
// 绑定到本地端口上
server.bind(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), PORT), 50);
System.out.println("服务器准备就绪～");
System.out.println("服务器信息：" + server.getInetAddress() + " P:" + server.getLocalPort());
// 等待客户端连接
for (; ; ) {
// 得到客户端
Socket client = server.accept();
// 客户端构建异步线程
ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(client);
// 启动线程
clientHandler.start();
}
}
private static ServerSocket createServerSocket() throws IOException {
// 创建基础的ServerSocket
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
// 绑定到本地端口20000上，并且设置当前可允许等待链接的队列为50个
//serverSocket = new ServerSocket(PORT);
// 等效于上面的方案，队列设置为50个
//serverSocket = new ServerSocket(PORT, 50);
// 与上面等同
// serverSocket = new ServerSocket(PORT, 50, Inet4Address.getLocalHost());
return serverSocket;
}
private static void initServerSocket(ServerSocket serverSocket) throws IOException {
// 是否复用未完全关闭的地址端口
serverSocket.setReuseAddress(true);
// 等效Socket#setReceiveBufferSize
serverSocket.setReceiveBufferSize(64 * 1024 * 1024);
// 设置serverSocket#accept超时时间
// serverSocket.setSoTimeout(2000);
// 设置性能参数：短链接，延迟，带宽的相对重要性
serverSocket.setPerformancePreferences(1, 1, 1);
}
/**
* 客户端消息处理
*/
private static class ClientHandler extends Thread {
private Socket socket;
ClientHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
super.run();
System.out.println("新客户端连接：" + socket.getInetAddress() + " P:" + socket.getPort());
try {
// 得到套接字流
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[256];
int readCount = inputStream.read(buffer);
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(buffer, 0, readCount);
// byte
byte be = byteBuffer.get();
// char
char c = byteBuffer.getChar();
// int
int i = byteBuffer.getInt();
// bool
boolean b = byteBuffer.get() == 1;
// Long
long l = byteBuffer.getLong();
// float
float f = byteBuffer.getFloat();
// double
double d = byteBuffer.getDouble();
// String
int pos = byteBuffer.position();
String str = new String(buffer, pos, readCount - pos - 1);
System.out.println("收到数量：" + readCount + " 数据：" + be + "\n" + c + "\n" + i + "\n" + b + "\n" + l + "\n" + f + "\n" + d + "\n" + str + "\n");
outputStream.write(buffer, 0, readCount);
outputStream.close();
inputStream.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println("连接异常断开");
} finally {
// 连接关闭
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("客户端已退出：" + socket.getInetAddress() + " P:" + socket.getPort());
}
}
}public class Client {
private static final int PORT = 20000;
private static final int LOCAL_PORT = 20001;
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = createSocket();
initSocket(socket);
// 链接到本地20000端口，超时时间3秒，超过则抛出超时异常
socket.connect(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), PORT), 3000);
System.out.println("已发起服务器连接，并进入后续流程～");
System.out.println("客户端信息：" + socket.getLocalAddress() + " P:" + socket.getLocalPort());
System.out.println("服务器信息：" + socket.getInetAddress() + " P:" + socket.getPort());
try {
// 发送接收数据
todo(socket);
} catch (Exception e) {
System.out.println("异常关闭");
}
// 释放资源
socket.close();
System.out.println("客户端已退出～");
}
private static Socket createSocket() throws IOException {
/*
// 无代理模式，等效于空构造函数
Socket socket = new Socket(Proxy.NO_PROXY);
// 新建一份具有HTTP代理的套接字，传输数据将通过www.baidu.com:8080端口转发
Proxy proxy = new Proxy(Proxy.Type.HTTP,
new InetSocketAddress(Inet4Address.getByName("www.baidu.com"), 8800));
socket = new Socket(proxy);
// 新建一个套接字，并且直接链接到本地20000的服务器上
socket = new Socket("localhost", PORT);
// 新建一个套接字，并且直接链接到本地20000的服务器上
socket = new Socket(Inet4Address.getLocalHost(), PORT);
// 新建一个套接字，并且直接链接到本地20000的服务器上，并且绑定到本地20001端口上
socket = new Socket("localhost", PORT, Inet4Address.getLocalHost(), LOCAL_PORT);
socket = new Socket(Inet4Address.getLocalHost(), PORT, Inet4Address.getLocalHost(), LOCAL_PORT);
*/
Socket socket = new Socket();
// 绑定到本地20001端口
socket.bind(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), LOCAL_PORT));
return socket;
}
private static void initSocket(Socket socket) throws SocketException {
// 设置读取超时时间为2秒
socket.setSoTimeout(2000);
// 是否复用未完全关闭的Socket地址，对于指定bind操作后的套接字有效
socket.setReuseAddress(true);
// 是否开启Nagle算法
socket.setTcpNoDelay(true);
// 是否需要在长时无数据响应时发送确认数据（类似心跳包），时间大约为2小时
socket.setKeepAlive(true);
// 对于close关闭操作行为进行怎样的处理；默认为false，0
// false、0：默认情况，关闭时立即返回，底层系统接管输出流，将缓冲区内的数据发送完成
// true、0：关闭时立即返回，缓冲区数据抛弃，直接发送RST结束命令到对方，并无需经过2MSL等待
// true、200：关闭时最长阻塞200毫秒，随后按第二情况处理
socket.setSoLinger(true, 20);
// 是否让紧急数据内敛，默认false；紧急数据通过 socket.sendUrgentData(1);发送
socket.setOOBInline(true);
// 设置接收发送缓冲器大小
socket.setReceiveBufferSize(64 * 1024 * 1024);
socket.setSendBufferSize(64 * 1024 * 1024);
// 设置性能参数：短链接，延迟，带宽的相对重要性
socket.setPerformancePreferences(1, 1, 0);
}
private static void todo(Socket client) throws IOException {
// 得到Socket输出流
OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
// 得到Socket输入流
InputStream inputStream = client.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[256];
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(buffer);
// byte
byteBuffer.put((byte) 126);
// char
char c = 'a';
byteBuffer.putChar(c);
// int
int i = 2323123;
byteBuffer.putInt(i);
// bool
boolean b = true;
byteBuffer.put(b ? (byte) 1 : (byte) 0);
// Long
long l = 298789739;
byteBuffer.putLong(l);
// float
float f = 12.345f;
byteBuffer.putFloat(f);
// double
double d = 13.31241248782973;
byteBuffer.putDouble(d);
// String
String str = "Hello你好！";
byteBuffer.put(str.getBytes());
// 发送到服务器
outputStream.write(buffer, 0, byteBuffer.position() + 1);
// 接收服务器返回
int read = inputStream.read(buffer);
System.out.println("收到数量：" + read);
// 资源释放
outputStream.close();
inputStream.close();
}
}
java
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