前言:
如今我们对“javatcpsocket”可能比较关注,我们都需要分析一些“javatcpsocket”的相关知识。那么小编也在网络上搜集了一些对于“javatcpsocket””的相关资讯,希望大家能喜欢,小伙伴们快快来学习一下吧!前言
前段时间看了【图解 TCP/IP】和 【TCP/IP 详解 卷1:协议】,大致了解了 TCP/IP 通信,弄清楚了计算机之间是怎么通信的。
我们目前使用的 HTTP , FTP , SMTP , DNS , HTTPS , SSH , MQTT , RPC 等都是以 TCP/IP协议 为基础。下图针对的是 传输层 为 TCP 。
Linux 内核为我们屏蔽了 TCP/IP 通信模型的复杂性。在 Linux 中一切皆文件,因此为我们抽象了 Socket 文件,实际我们做应用层编码的时候,主要是通过一些系统调用和 Socket 文件打交道。
在 Java 中,网络通信这块 Netty 提供了很大的便利。
内核参数说明
内核参数说明这块可以先不看,等你上手研究的时候可以看这些东西。
/proc/sys/net/ 说明
TCP/IP 内核参数说明
文件系统部分 /proc/sys/fs/* 说明
修改内核参数,有两种改法,比如修改 tcp_syn_retries = 5
临时修改
# 查看参数的完整值 net.ipv4.tcp_syn_retries = 6sysctl -a | grep tcp_syn_retries# linux 一切皆文件,所以这个东西也是会在文件中保存,我们可以修改这个文件内容,# 临时生效,重启之后就不影响# 内核属性文件路径都是在 /proc/sys 下,剩余的路径就是 net.ipv4.tcp_syn_retries 中的 . 替换为 /echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries# 查看修改之后的值sysctl -a | grep tcp_syn_retries永久修改
# tcp_syn_retries = 7echo "net.ipv4.tcp_syn_retries = 7" >> /etc/sysctl.conf# 让修改生效sysctl -p# 查看修改之后的值sysctl -a | grep tcp_syn_retries本文内容BIO 通信模型(画图说明)及 java 代码实现NIO 通信模型(画图说明)及 java 代码实现多路复用 通信模型(画图说明),主要是 epoll,会详细讲解
通信模型是按照 BIO -> NIO -> 多路复用慢慢演变过来的,因为互联网的发展,并发要求越来越高。
本文所用代码地址
本文内容环境:
jdk 1.8Linux version 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64BIO 通信
BIO 通信模型中,服务端 ServerSocket.accpet 会阻塞等待新的客户端经过 TCP 三次握手建立连接。
当客户端 Socket 建立了链接,就可以通过 ServerSocket.accpet 得到这个 Socket ,然后对这个 Socket 进行读写数据。
Socket 读写数据时,会阻塞当前线程直到操作完成,因此我们需要为每个客户端分配一个线程,然后在线程中死循环从 Socket 读取数据(客户端发来的数据)。还需要分配一个线程池对 Socket 进行写数据 (发送数据到客户端)。
应用程序调用 系统调用 read 将数据从 内核态 到 用户态 ,这个过程在 BIO 中是阻塞的。而且数据你不知道什么时候过来,只能在一个线程中死循环查看数据是否可读。
try { // 当内核没有准备好数据的时候,一直在这里阻塞等待数据到来 while ((length = inputStreamBySocket.read(data)) >= 0) { s = new String(data, 0, length, StandardCharsets.UTF_8); if (s.contains(EOF)) { this.close(); return; } log.info("接收到客户端的消息,clientId: {} ,message: {}", clientId, s); } if (length == -1) { log.info("客户端关闭了,clientId: {},服务端释放资源", clientId); this.close(); }} catch (IOException e) { if (length == -1) { this.close(); }}
服务端主动往客户端写数据,应用程序调用 系统调用 write 也是阻塞的。 我们可以通过线程池来做。为每个客户端会分配一个 id 属性维持会话,用 ConcurrentHashMap<Integer, SocketBioClient> 存储,要想往 1 号客户端写数据,直接从这个 Map 拿出客户端,然后往里面写入数据。
public void writeMessage(Integer clientId, String message) { Objects.requireNonNull(clientId); Objects.requireNonNull(message); // 根据客户端 id 取出客户端。 final SocketBioClient socketBioClient = CLIENT.get(clientId); Optional.ofNullable(socketBioClient).orElseThrow(() -> new RuntimeException("clientId: " + clientId + " 不合法")); // 在线程池中运行写入数据 threadPoolExecutor.execute(() -> { if (socketBioClient.isClosed()) { CLIENT.remove(clientId); return; } socketBioClient.writeMessage(message); });}
BIO 通信 在并发比较大的时候,就显得力不从心了。
比如有五万连接建立,就需要建立五万个线程来进行维护通信。在 java 中线程占用的内存假设为 512KB,内存占用 24GB(50000*0.5/1024GB),还有 CPU 需要调度五万个线程来读取客户端数据和应答,CPU 绝大数的资源都会浪费在线程切换上去了,通信的实时性不能保证。
全连接队列和半链接队列
通信建立的简单过程如下:
1、服务端需要绑定一个 serverIp 和 serverPort ; java 中 api 为 ServerSocket.bind
2、然后在这个 serverIp 和 serverPort 上监听客户端的链接的到来
3、客户单绑定一个 clientIp 和 clientPort,然后调用 Socket.conect(serverIp,serverPort),经过内核协议栈建立 TCP 连接
4、然后在服务端死循环调用 ServerSocket.accept 拿到建立连接 Socket
5、Socket.read 读取客户端发来的数据,Socket.wirte 写数据到客户端
serverIp 和 serverPort 是确定的,只要 clientIp 和 clientPort 只要有一个不同就可以看做是不同的客户端。
clientIp clientPort serverIp serverPort 在通信中也叫四元组,这四个确定才能建立 TCP/IP 链接。
浏览器加载页面的时候,实际是随机创建了一个合法 clientPort t ,加上已知的 clientIp 与已知的 serverIp 和 serverPort 获取数据。
客户端链接服务端的 TCP 三次握手过程:
1、客户端 发送一个 SYN 包给 服务端,在客户端运行 netstat -natp ,可以查看到客户端的这个连接处于 SYN-SENT 状态
2、服务端 接受到 客户端 SYN 包,将连接放入半链接队列,然后服务端响应客户端一个 SYN+ACK 包,此时服务端的连接状态处于 SYN_REVD
3、客户端 收到来 服务端 的 SYN+ACK 包,响应一个 ACK 给服务端,此时客户端连接的状态处于 ESTABLISHED 。当 服务端 的 全连接队列 满的时候,客户端链接也是这个状态,但当你发送数据的时候,服务端会回复一个 RST 包重置客户单的连接。
4、服务端 收到来自客户端的 ACK,链接状态变为 ESTABLISHED ,并将这个连接放入到全连接队列。
队列是一个有界队列,当 全连接队列 和 半链接队列 没有空余空间时,通过配置的内核参数决定内核采用对应的策略处理。
TCP 抓包
# wireshark,需要安装这个程序,抓包相关的截图,我使用的 wireshark,mac 也有对应程序 # -i 指定抓取那个网卡,port 指定只显示这个 port 的包 tshark -i eth0 port 10222 # linux 自带 tcpdump -nn -i eth0 port 10222全连接队列溢出
我在写代码验证及抓包的时候发现,设置的全队列长度为 10,但是可以建立 11 个链接,建立 12 个连接的时候就发生了全连接溢出。
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow# 临时修改echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow# 临时修改,修改为 2 之后,发现重试只有两次了echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries
当 tcp_abort_on_overflow 为 0 时(默认),表示如果第三次握手(客户端发送了 ACK)的时候,全连接队列满了,服务端会发送给客户端一个包让其重试发送 ACK。
sysctl -a | grep tcp_synack_retries 查看服务端配置第三次握手重试的次数,默认为 5 次。
TCP 三次握手中的第三次客户端发送 ACK 给服务端,全连接队列满了,会丢弃第三次的 ACK 包。所以后续的过程中,是客户端再次发送 ACK 的包给服务端,服务端一直丢弃,客户端一直发送 ACK。
当 tcp_abort_on_overflow 为 1 时,表示如果第三次握手(客户端发送了 ACK)的时候,全连接队列满了,服务端会回复一个 RST 包,关闭连接过程
半链接队列溢出
半链接队列的长度计算公式,来源于 从一次 Connection Reset 说起,TCP 半连接队列与全连接队列
backlog,listen 时传入的参数,我传入的 10somaxconn ,我的是 128tcp_max_syn_backlog,我的为 128
somaxconn 和 tcp_max_syn_backlog 参数含义
# 查看对应端口的 Send-Qss -lnt# net.core.somaxconn = 128sysctl -a | grep somaxconn# net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 128sysctl -a | grep tcp_max_syn_backlog
syn flood 攻击,模拟半链接溢出
# -p 指定端口# --rand-source 伪造源 ip# -S 只发送 SYN 包# --flood 不停的攻击# 10.211.55.8 攻击的目的 iphping3 -S --flood --rand-source -p 10222 10.211.55.8# 计算半链接的数量netstat -natp | grep SYN | wc -l
我分别将 backlog 设置为 7,123,511 测试的公式正确
nr_table_entries = min(backlog, somaxconn, tcp_max_syn_backlog)nr_table_entries = max(nr_table_entries, 8)// roundup_pow_of_two: 将参数(nr_table_entries + 1)向上取整到最小的 2^nnr_table_entries = roundup_pow_of_two(nr_table_entries + 1)max_qlen_log = max(3, log2(nr_table_entries))max_queue_length = 2^max_qlen_log
SYN FLOOD 的防御
客户端发送大量的 SYN 包,然后就不走后面的握手过程,导致服务端半链接队列满了,无法接受正常用户的握手链接。
# 默认为 1,开启 syn cookiecat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies# 临时修改为 0 ,tcp_syncookiesecho 0 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
内核参数 tcp_syncookies 设置可以帮我们做一些防御 SYN FLOOD 攻击,当设置为 0 的时候,半链接队列满了,服务端会丢弃客户端的 SYN 包,客户端链接的时候,没有收到 SYN+ACK 会重试发送 SYN 包,超过了重试次数,建立连接失败。
linux 中是内核参数 net.ipv4.tcp_syn_retries = 6 ,限制 SYN 重试次数,当前半链接队列已经满了,新的正常链接建立的时候,重试发送的 SYN 次数。
当设置 tcp_syncookies=0 时,是不能抵御 SYN FLOOD 攻击的,新的正常用户建立不了链接。
当设置 tcp_syncookies=1 时,新的正常链接(走三次握手)还是可以建立 TCP 连接的,前提是 全连接队列没有满,全连接队列满了,走全连接队列的逻辑。
# 临时修改echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
全连接队列没有满,服务端会回复一个带 syncookie 的 SYN+ACK 包给客户端,就是给这个包加一个会话标识,客户端收到这个 SYN+ACK 包必须将 syncookie 携带发送 ACK 才能建立三次握手的链接。
全连接队列满的话会从上面全连接队列。
NIO 通信
从 BIO 演变到 NIO ,只是支持了同步非阻塞。不要小看非阻塞这个特性,他可以将我们的线程模型降低为一个(在不考虑读写客户端实时性的情况下)。
BIO 不管你怎么修改,始终都要一个客户端对应一个读线程。NIO 在不考虑性能的情况下,理论可以一个线程管理 n 个客户端。
ServerSocketChannel.accept 可以不阻塞等待客户端建立连接;
while (true) { try { // bio 会在这里阻塞等待新的客户端建立。 // nio 不阻塞等待,有链接建立,返回客户端。没有链接返回 null final SocketChannel accept = serverSocket.accept(); if (Objects.nonNull(accept)) { accept.configureBlocking(false); final int currentIdClient = CLIENT_ID.incrementAndGet(); final SocketNioClient socketNioClient = new SocketNioClient(currentIdClient, accept); CLIENT.put(currentIdClient, socketNioClient); new Thread(socketNioClient, "客户端-" + currentIdClient).start(); } } catch (IOException e) { log.info("接受客户端你失败", e); }}
SocketChannel.read 可以不阻塞等待数据从内核态到用户态,内核态中没有数据,直接返回。
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);while (true) { // bio 不管有没有数据,都要在这里等待读取 // nio 当内核中没有数据可以读取,内核会返回 0 length = this.client.read(byteBuffer); if (length > 0) { byteBuffer.flip(); s = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); log.info("接收到客户端的消息,clientId: {} ,message: {}", clientId, s); if (s.contains(EOF)) { this.close(); return; } } if (length == -1) { log.info("客户端主动关闭了,clientId: {},服务端释放资源", clientId); this.close(); return; } // 这里在内核没有准备好数据的时候,可以在这里执行一些别的业务代码}
在 NIO 模型下,一个线程就可以管理所有的读写了(不考虑响应客户端的实时性 )。
package com.fly.socket.nio;import com.fly.socket.nio.chat.model.ChatPushDTO;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.nio.charset.StandardCharsets;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import java.util.Objects;import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque;/** * @author 张攀钦 * @date 2020-07-19-16:32 */@Slf4jpublic class NioSingleThread implements AutoCloseable { // 客户端发送这个消息,说明要断开连接,服务端主动断开连接 private static final String EOF = "exit"; // 保存会话,由于这个是在单线程中操作的,不需要用并发容器 private static final Map<Integer, SocketChannel> MAP = new HashMap<>(16); // http 接口主动发消息时,将消息保存在这个队列中 private static final ConcurrentLinkedDeque<ChatPushDTO> QUEUE = new ConcurrentLinkedDeque<>(); // 因为单线程操作,所以直接申请堆外 buffer,这样性能高,没有考虑能不能接受客户端发送消息的大小,简单写法,只考虑 1024 个字节。 final ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); // 服务端 socket 绑定那个 端口 private int port; // 全链接队列的 backlog,不理解这个属性,看上面的 BIO private int backlog; // 本次绑定 ServerSocketChannel private ServerSocketChannel open; // NioSingleThread 会注册到 ioc 中,closed 标记是否调用了NioSingleThread bean 被销毁时调用的 close 方法 private boolean closed = false; public ServerSocketChannel getOpen() { return open; } public NioSingleThread(int port, int backlog) { this.port = port; this.backlog = backlog; try { open = ServerSocketChannel.open(); // 设置使用 NIO 模型, ServerSocketChannel.accept 时候不阻塞 open.configureBlocking(false); open.bind(new InetSocketAddress(port), backlog); this.init(); } catch (IOException e) { throw new RuntimeException(e); } } /** * @Bean(destroyMethod = "close") * public NioSingleThread nioSingleThread() { * return new NioSingleThread(9998, 20); * } */ @Override public void close() throws IOException { closed = true; if (Objects.nonNull(open)) { if (!open.socket().isClosed()) { open.close(); log.info("关闭客户端了"); } } } // 初始化之后,启动了一个线程 private void init() { new Thread( () -> { Integer clientIdAuto = 1; while (true) { // 先判断这个 bean 是否被销毁了,销毁了,说明服务端的在关闭,顺便也关闭 socket if(closed){ if (open.socket().isClosed()) { try { open.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } return; } try { // 处理新的客户端链接建立 final SocketChannel accept = open.accept(); if (Objects.nonNull(accept)) { accept.configureBlocking(false); MAP.put(clientIdAuto, accept); clientIdAuto++; } // 处理读取事件 MAP.forEach((clientId, client) -> { if (!client.socket().isClosed()) { byteBuffer.clear(); try { final int read = client.read(byteBuffer); if (read == -1) { client.close(); MAP.remove(clientId); } if (read > 0) { byteBuffer.flip(); final String s = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); log.info("读取客户端 clientId: {} 到的数据: {}", clientId, s); if (s.contains(EOF)) { if (!client.socket().isClosed()) { client.close(); } } } } catch (IOException e) { log.error("读取数据异常,clientId: {}", clientId); } } }); // 处理写事件 while (!QUEUE.isEmpty()) { final ChatPushDTO peek = QUEUE.remove(); if (Objects.isNull(peek)) { break; } final Integer chatId = peek.getChatId(); final String message = peek.getMessage(); final SocketChannel socketChannel = MAP.get(chatId); if (Objects.isNull(socketChannel) || socketChannel.socket().isClosed()) { continue; } byteBuffer.clear(); byteBuffer.put(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); byteBuffer.flip(); socketChannel.write(byteBuffer); } } catch (IOException e) { throw new RuntimeException("服务端异常", e); } } }, "NioSingleThread" ).start(); } // 对外暴露的接口,写事件 public void writeMessage(ChatPushDTO chatPushDTO) { Objects.requireNonNull(chatPushDTO); QUEUE.add(chatPushDTO); }}
NIO 模型已经不错了,减少了线程和内存占用。但是它有一个弊端就是客户端有没有数据还是需要调用系统调用 read 来看看是否有数据到达。
当比如有五万个链接的时候,我们需要调用系统调用五万次 int read = client.read(byteBuffer),换而言之用户态到内核态需要切换五万次,这也是不小的计算机资源消耗。
IO 模型继续演变到目前常用比较广泛的 多路复用,它解决了这个系统调用多次的问题,将五万次的系统调用减少到一次或者多次。
IO 多路复用
客户端建立连接之后,内核会为这个客户端分配一个 fd(文件描述符)。
IO 多路复用 指的是内核监控客户端(fd)有没有数据到来,当我们想要知道哪些客户端数据到来了,只需要调用多路复用器 select , poll , epoll 提供的系统调用即可,将想要知道的客户端(fd)传进去,内核就会返回准备好数据的客户端(fd)。
我们从原来的五万次系统调用,降低到一次,大大降低了系统开销。
epoll 是这三个多路复用器中效率最高的一个。
1、select 一次调用传入的 fd 是有数量限制的(一次只能传入 1024 个,不同的内核参数可能会不同),五万链接会调用 30 次左右系统调用,但是内核还是会遍历这五万个链接,检查是否有数据可读。然后调用对应的系统调用,获得有数据到达的客户端 (fd),然后操作 fd 将数据从 内核态 copy 到 用户态 去做业务处理。
2、poll 和 select 差不多,只是系统调用时传入的 fd 没有限制。poll 和 select 只是减少了系统调用,实际内核也是遍历每个链接检查是否可读,所以效率和连接总数成线性关系,建立连接的客户端越多效率越低。
3、epoll 不是内核轮训每个 fd 检验是否可读。
当客户端数据到达,内核将网卡中的数据读到到自己的内存空间,内核会将有数据到达的连接放入到一个队列中去,用户态的程序只需要调用 epoll 提供的系统调用,从这个队列中拿到活跃连接对应的 fd 即可,所以效率和活跃连接数有关,和连接总数没有关系(百万链接中可能只有 20% 是活跃链接)。
epoll 相关的系统调用
epoll 内部维护了一个红黑树和队列,红黑树记录当前多路复用器需要监测哪些链接的那些操作(读写等),队列中就是哪些操作就绪的链接。
epoll_create
// 返回文件描述符,这个文件描述符对应 epoll 实例,fd 在后续 epoll 相关的系统调用中有用int epoll_create(int size);
epoll_create 创造一个多路复用器实例 epoll,返回一个 epfd,这个 epfd 指向了epoll的实例。epfd 实际就是一个文件描述符。
epoll_ctl
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll_ctl 将客户端或者服务端对应的 socket fd 注册 epoll 上,op 就是指定当前系统调用的类型,是将 fd 注册到 epoll ,还是从 epoll 删除 fd,还是修改在 epoll 上 event 。event 指的是 io 操作(读、写等)。
epoll_ctl 设置 epoll 的实例监听哪些客户端或者服务端,并且指定监听它们的那些 io 操作。
epoll_wait
# epoll 返回了准备好 io 操作的 fd 的数量int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);
获取当前多路复用器(epfd)上有多少个客户端 io 操作就绪(注册 epoll 中时指定的操作)。epoll_wait 当没有指定 timeout 时,会一直阻塞等待至少有一个客户端 io 操作就绪。timeout 大于 0 会在超时时直接返回 0。
epoll_event 是接受这个系统调用中准备好的事件,事件数据结构中可以拿到对应的客户端 fd。
epoll_wait 是阻塞调用,返回的话:
有 io 操作就绪指定的超时时间到了调用被打断就会返回epoll 触发方式
epoll 监控多个文件描述符的 io 事件,什么样的情况 epoll 认为是可以读写呢,这是就事件的触发方式。
epoll 支持两种触发方式,边缘触发(edge trigger,ET)和 水平触发 (level trigger,LT)。
每个 fd 缓冲区,fd 缓冲区中又可以分为读缓冲区和写缓冲区。每个客户端链接对应一个 fd。
客户端数据来了,网卡会将客户端来的数据从网卡的内存中写入到连接对应内核中的 fd 读缓冲区。应用程序调用 epoll_wait 知道那个链接有数据到达了,然后调用 read 再将这个数据从内核态读到用户态,然后在用户态做数据处理。
往客户端写数据。应用程序调用 socket (对应一个 fd) api,将数据从用户态写入到内核态中的 fd 写缓冲区中去,然后内核会将数据写入到网卡中去,网卡在适当的时机再发给客户端。
如果 fd 的写缓冲区满了,当调用 write 的时候就会阻塞等待写缓冲区腾出空间来。
TCP 链接数据发送的时候,会有一个滑动窗口控制数据的发送。当发送的快,接受的慢,当超过了这个流量控制,发送的数据包,没有收到客户端发来的 ACK ,会继续重试发送数据包。
下图是在流控之内正常发送,服务端发包,客户端接收到,恢复一个 ACK。
这个是流控之外没有发送成功,会等待接着发送的。
这个也和 fd 的读写缓冲区有关系,客户端的读缓冲区满了,服务端再怎么发,也不会成功的。
1、水平触发时机对于读操作,只要读缓冲内容不为空,LT模式返回读就绪。对于写操作,只要写缓冲区不满,LT模式会返回写就绪。2、边缘触发时机读操作当缓冲区由不可读变为可读的时候,即缓冲区由空变为不空的时候。当有新数据到达时,即缓冲区中的待读数据变多的时候。写操作当缓冲区由不可写变为可写时。当有旧数据被发送走,即缓冲区中的内容变少的时候。
边缘触发 相当于只有增量的数据时候才会触发。
Java 多路复用
Java 中对多路复用器的抽象是 Selector 。根据不同的平台通过 SPI 获得不同的 SelectorProvider。
// 根据 SPI 获取多路复用器,linux 是 epoll,mac 下是 KQueuepublic abstract AbstractSelector openSelector()throws IOException;// 获取服务端 socketpublic abstract ServerSocketChannel openServerSocketChannel()throws IOException;// 获取客户端 socketpublic abstract SocketChannel openSocketChannel()throws IOException;
public abstract class Selector implements Closeable { // 相当于 epoll_create ,创建一个多路复用器 public static Selector open() throws IOException { return SelectorProvider.provider().openSelector(); } // 相当于 epoll_wait // select 实现使用了 synchronized ,它的锁和 register 使用的锁有重复, // 当 select 阻塞的时候,调用 register 也会被阻塞。 public abstract int select(long timeout)throws IOException; public abstract int select() throws IOException; // 打断 epoll_wait 的阻塞 public abstract Selector wakeup(); // 释放 epoll 的示例 public abstract void close() throws IOException; // 方法在 AbstractSelector extends Selector protected abstract SelectionKey register(AbstractSelectableChannel ch,int ops, Object att);}
public abstract class SocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel { /** * 从通道读取数据是加锁的,方法线程安全。读取之后的结果 ByteBuffer 操作需要自己保证安全 * synchronized(this.readLock) */ @Override public abstract int read(ByteBuffer dst) throws IOException; /** * 将缓冲区的数据写入到通道中,加锁。但是 ByteBuffer 需要自己保证安全 * synchronized(this.writeLock) */ @Override public abstract int write(ByteBuffer src) throws IOException;}一个简单 Demo
/** * @author 张攀钦 * @date 2020-07-26-16:15 */public class SocketDemo1 { public static void main(String[] args) throws IOException { // 调用 socket() 系统调用获取 socketfd final ServerSocketChannel open = ServerSocketChannel.open(); // 注册多路复用器的 socket 必须是非阻塞的 open.configureBlocking(false); // 调用 bind 系统调用,将 socketfd 绑定特定的 ip 和 port open.bind(new InetSocketAddress("10.211.55.8", 10224), 8); // 调用 epoll_create 多创建一个多路复用器,epoll final Selector open1 = Selector.open(); // epoll_ctl 让 epoll 监听 socketfd 的 哪些io 操作 open.register(open1, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 解决 Selector.select 阻塞的时候,调用 Selector.register 被阻塞的问题,这个点很重要,一定要理解 final LinkedBlockingQueue<Runnable> objects = new LinkedBlockingQueue<>(1024); // 创建监听客户端的 epoll,可以根据业务,创建一定数量 epoll,每个 epoll 下监听一定量客户端链接 Selector open2 = Selector.open(); // 这个线程用于读取数据 new Thread(() -> { while (true) { try { // 调用这个方法会阻塞,阻塞的时候等待 io 操作,select 阻塞的时候锁没有释放,当调用 register 也被阻塞了,最终可能造成多个线程 // 都被阻塞 int select = open2.select(); if (select > 0) { final Set<SelectionKey> selectionKeys = open2.selectedKeys(); final Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator(); while (iterator.hasNext()) { System.out.println("随便输入数据"); // 可以在这里阻塞将数据从内核态读入到用户态,主要为了验证缓冲区和 Tcp 的滑动窗口 System.in.read(); final SelectionKey next = iterator.next(); iterator.remove(); if (next.isReadable()) { final SocketChannel channel = (SocketChannel) next.channel(); final ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(1024); final int read = channel.read(allocate); // 长度为 -1 的时候说明客户端关闭了 if (read == -1) { channel.close(); } if (read > 0) { allocate.flip(); System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(allocate).toString()); } } } } // 在这里解决 select 阻塞 register 的问题。 final Runnable poll = objects.poll(); if (Objects.nonNull(poll)) { poll.run(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }).start(); // 主要用于接受客户端的链接,并将链接注册到 epoll 的逻辑 new Thread(() -> { while (true) { try { if (open1.select(100) <= 0) { continue; } final Set<SelectionKey> selectionKeys = open1.selectedKeys(); final Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator(); while (iterator.hasNext()) { final SelectionKey next = iterator.next(); iterator.remove(); if (next.isValid() & next.isAcceptable()) { final ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) next.channel(); final SocketChannel accept = channel.accept(); if (Objects.nonNull(accept)) { accept.configureBlocking(false); objects.put(() -> { open2.wakeup(); try { accept.register(open2, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE); } catch (ClosedChannelException e) { e.printStackTrace(); } }); open2.wakeup(); } } } } catch (IOException | InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }).start(); }}参考资料
【图解 TCP/IP】
【TCP/IP 详解 卷1:协议】
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