Java I/O的工作机制2

Java Socket的工作机制

      Socket是描述计算机之间完成相互通信的一种抽象功能。Socket有很多种，大部分情况下我们使用的都是基于TCP/IP的流套接字，它是一种稳定的通信协议。

 

      主机A的应用程序要能和主机B的应用程序通信，必须通过Socket建立连接，而建立Socket连接必须由底层TCP/IP来建立TCP连接。建立TCP连接需要底层IP来寻址网络中的主机。网络层使用的IP可以帮助我们根据IP地址来找到目标主机，然后再通过TCP或UDP的地址也就是端口号来指定。这样就可以通过一个Socket实例来唯一代表一个主机上的应用程序的通信链路了。

      建立通信链路

      当客户端要与服务端通信时，客户端首先要创建一个Socket实例，操作系统将为这个Socket实例分配一个没有被使用的本地端口号，并创建一个包含本地地址、远程地址和端口号的套接字数据结构，这个数据结构将一直保存在系统中直到这个链接关闭。在创建Socket实例的构造函数正确返回之前，将要进行TCP的3次握手协议，TCP握手协议完成后，Socket实例对象将创建完成，否则将抛出IOException错误。

      与之对应的服务端将创建一个ServerSocket实例，创建ServerSocket比较简单，只要指定的端口号没有被占用，一般实例创建都会成功。同时操作系统也会为ServerSocket实例创建一个底层数据结构，在这个数据结构中包含指定监听的端口号和包含监听地址的通配符，通常情况下都是 * ，即监听所有地址。之后当调用accept()方法时，将进入阻塞状态，等待客户端的请求到来时，将为这个连接创建一个新的套接字数据结构，该套接字数据的信息包含的地址和端口信息正是请求源地址和端口。这个新创建的数据结构将会关联到ServerSocket实例的一个未完成的连接数据结构列表中。注意，这时服务端的与之对应的Socket实例并没有完成创建，而要等到与客户端的3次握手完成后，这个服务端的Socket实例才会返回，并将这个Socket实例对应的数据结构从未完成列表中移到已完成列表中。所以与ServerSocket所关联的列表中每个数据结构都代表与一个客户单建立的TCP连接。

 

      数据传输

      传输数据是我们建立连接的主要目的。当连接已经建立成功时，服务端和客户端都会拥有一个Socket实例，每个Socket实例都有一个InputStream和OutputStream，并通过这两个对象来交换数据。网络I/O都是以字节流传输的，当创建Socket对象时，操作系统将会为InputStream和OutputStream分别分配一定大小的缓存区，数据的写入和读取都是通过这个缓存区完成的。写入端将数据写到OutputStream对应的SendQ队列中，当队列填满时，数据将被转移到另一端InputStream的RecvQ队列中，如果这时RecvQ已经满了，那么OutputStream的write方法将会阻塞，直到RecvQ队列有足够的空间容纳SendQ发送数据。注意，这个缓存区的大小及写入端的速度和读取端的速度非常影响这个连接的数据传输效率，由于可能会发生阻塞，所以网络I/O与磁盘I/O不同的是数据的写入和读取还要有一个协调的过程，如果两边同时传送数据可能会产生死锁。