前言:
之前面試中，很多面試官都會問socket套接字的用法，可能有很多老鐵跟我一樣對于socket的原理有點懵逼，恰好最近公司的項目中用到socket長連接，這里我將我總結(jié)的一些經(jīng)驗分享給大家，希望對初學(xué)者有用。
要向弄懂socket得用法需要知道以下知識點:
1.套接字的概念
套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。它是網(wǎng)絡(luò)通信過程中端點的抽象表示，包含進行網(wǎng)絡(luò)通信必須的五種信息：連接使用的協(xié)議，本地主機的IP地址，本地進程的協(xié)議端口，遠地主機的IP地址，遠地進程的協(xié)議端口。
應(yīng)用層通過傳輸層進行數(shù)據(jù)通信時，TCP會遇到同時為多個應(yīng)用程序進程提供并發(fā)服務(wù)的問題。多個TCP連接或多個應(yīng)用程序進程可能需要通過同一個TCP協(xié)議端口傳輸數(shù)據(jù)。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序進程和連接，許多計算機操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP／IP協(xié)議交互提供了套接字(Socket)接口。應(yīng)用層可以和傳輸層通過Socket接口，區(qū)分來自不同應(yīng)用程序進程或網(wǎng)絡(luò)連接的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務(wù)。
2.國際OSI七層結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)從上往下分為：應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、以及物理層，其中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層通常被稱作媒體層，是網(wǎng)絡(luò)工程師所研究的對象；表示層和應(yīng)用層則被稱作主機層，是用戶所面向和關(guān)心的內(nèi)容。
3.OSI七層結(jié)構(gòu)的各自作用
（1）應(yīng)用層：與其他計算機進行通訊的一個應(yīng)用，它是對應(yīng)應(yīng)用程序的通信服務(wù)的。例如，一個沒有通信功能的字處理程序就不能執(zhí)行通信的代碼，從事字處理工作的程序員也不關(guān)心OSI的第7層。但是，如果添加了一個傳輸文件的選項，那么字處理器的程序員就需要實現(xiàn)OSI的第7層。示例：telnet，HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。
（2）表示層：這一層的主要功能是定義數(shù)據(jù)格式及加密。例如，F(xiàn)TP允許你選擇以二進制或ASII格式傳輸。如果選擇二進制，那么發(fā)送方和接收方不改變文件的內(nèi)容。如果選擇ASII格式，發(fā)送方將把文本從發(fā)送方的字符集轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的ASII后發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收方將標(biāo)準(zhǔn)的ASII轉(zhuǎn)換成接收方計算機的字符集。示例：加密，ASII等。
（3）會話層：他定義了如何開始、控制和結(jié)束一個會話，包括對多個雙向小時的控制和管理，以便在只完成連續(xù)消息的一部分時可以通知應(yīng)用，從而使表示層看到的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，在某些情況下，如果表示層收到了所有的數(shù)據(jù)，則用數(shù)據(jù)代表表示層。示例：RPC，SQL等。
（4）傳輸層：這層的功能包括是否選擇差錯恢復(fù)協(xié)議還是無差錯恢復(fù)協(xié)議，及在同一主機上對不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流的輸入進行復(fù)用，還包括對收到的順序不對的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。
（5）網(wǎng)絡(luò)層：這層對端到端的包傳輸進行定義，他定義了能夠標(biāo)識所有結(jié)點的邏輯地址，還定義了路由實現(xiàn)的方式和學(xué)習(xí)的方式。為了適應(yīng)最大傳輸單元長度小于包長度的傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)層還定義了如何將一個包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX等。
（6）數(shù)據(jù)鏈路層：他定義了在單個鏈路上如何傳輸數(shù)據(jù)。這些協(xié)議與被討論的歌種介質(zhì)有關(guān)。示例：ATM，F(xiàn)DDI等。
（7）物理層：OSI的物理層規(guī)范是有關(guān)傳輸介質(zhì)的特性標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)范通常也參考了其他組織制定的標(biāo)準(zhǔn)。連接頭、針、針的使用、電流、電流、編碼及光調(diào)制等都屬于各種物理層規(guī)范中的內(nèi)容。物理層常用多個規(guī)范完成對所有細節(jié)的定義。示例：Rj45，802.3等。
4.網(wǎng)絡(luò)中的各個協(xié)議:TCP/IP、TCP/IP、SOCKET等的關(guān)系
Http協(xié)議對應(yīng)于應(yīng)用層;Tcp協(xié)議對應(yīng)于傳輸層;IP協(xié)議對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)層;TCP/IP是傳輸層協(xié)議，主要解決數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸；而HTTP是應(yīng)用層協(xié)議，主要解決如何包裝數(shù)據(jù)。我們在傳輸數(shù)據(jù)時，可以只使用傳輸層（TCP/IP），但是那樣的話，由于沒有應(yīng)用層，便無法識別數(shù)據(jù)內(nèi)容，如果想要使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有意義，則必須使用應(yīng)用層 協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議很多，有HTTP、FTP、TELNET等等，也可以自己定義應(yīng)用層協(xié)議。WEB使用HTTP作傳輸層協(xié)議，以封裝HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做傳輸層協(xié)議將它發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。Socket是對TCP/IP協(xié)議的封裝，Socket本身并不是協(xié)議，而是一個調(diào)用接口（API），通過Socket，我們才能使用TCP/IP協(xié)議。
5.Http和Socket連接區(qū)別
相信不少初學(xué)手機聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的朋友都想知道Http與Socket連接究竟有什么區(qū)別，希望通過自己的淺顯理解能對初學(xué)者有所幫助。
TCP連接
要想明白Socket連接，先要明白TCP連接。手機能夠使用聯(lián)網(wǎng)功能是因為手機底層實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議，可以使手機終端通過無線網(wǎng)絡(luò)建立TCP連接。TCP協(xié)議可以對上層網(wǎng)絡(luò)提供接口，使上層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸建立在“無差別”的網(wǎng)絡(luò)之上。
要弄清TCP建立連接需要幾次交互才行，我們需要弄清建立連接進行初始化的目標(biāo)是什么。TCP進行握手初始化一個連接的目標(biāo)是：分配資源、初始化序列號(通知peer對端我的初始序列號是多少)，知道初始化連接的目標(biāo)，那么要達成這個目標(biāo)的過程就簡單了。
握手過程可以簡化為下面的四個步驟：
1 ) clien 端首先發(fā)送一個 SYN 包告訴 Server 端我的初始序列號是 X；
2 ) Server 端收到 SYN 包后回復(fù)給 client 一個 ACK 確認包，告訴 client 說我收到了；
3 ) 接著 Server 端也需要告訴 client 端自己的初始序列號，于是 Server 也發(fā)送一個 SYN 包告訴 client 我的初始序列號是Y；
4 ) Client 收到后，回復(fù) Server 一個 ACK 確認包說我知道了。
整個過程4次交互即可完成初始化，但是，細心的同學(xué)會發(fā)現(xiàn)兩個問題：
1）Server發(fā)送SYN包是作為發(fā)起連接的SYN包，還是作為響應(yīng)發(fā)起者的SYN包呢？怎么區(qū)分？比較容易引起混淆；
2）Server的ACK確認包和接下來的SYN包可以合成一個SYN ACK包一起發(fā)送的，沒必要分別單獨發(fā)送，這樣省了一次交互同時也解決了問題[1]. 這樣TCP建立一個連接，三次握手在進行最少次交互的情況下完成了Peer兩端的資源分配和初始化序列號的交換。
大部分情況下建立連接需要三次握手，也不一定都是三次，有可能出現(xiàn)四次握手來建立連接的。
建立起一個TCP連接需要經(jīng)過“三次握手”：
第一次握手：客戶端發(fā)送syn包(syn=j)到服務(wù)器，并進入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認；
第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發(fā)送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務(wù)器進入SYN_RECV狀態(tài)；
第三次握手：
客戶端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手；握手過程中傳送的包里不包含數(shù)據(jù)，三次握手完畢后，客戶端與服務(wù)器才正式開始傳送數(shù)據(jù)。理想狀態(tài)下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動關(guān)閉連接之前，TCP連接都將被一直保持下去。斷開連接時服務(wù)器和客戶端均可以主動發(fā)起斷開TCP連接的請求，斷開過程需要經(jīng)過“四次握手”
四次揮手:
假設(shè)Client端發(fā)起中斷連接請求，也就是發(fā)送FIN報文；因為正常情況下FIN同步報文和ACK確認標(biāo)志是一起發(fā)送的，但是因為在斷開鏈接的時候，可能出現(xiàn)服務(wù)器端還有一些數(shù)據(jù)沒有傳輸完，所以就將同步報文和確認標(biāo)志分開傳輸給客戶端；Server端接到FIN報文后，意思是說"我Client端沒有數(shù)據(jù)要發(fā)給你了"，但是如果你還有數(shù)據(jù)沒有發(fā)送完成，則不必急著關(guān)閉Socket，可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。所以你先發(fā)送ACK，"告訴Client端，你的請求我收到了，但是我還沒準(zhǔn)備好，請繼續(xù)你等我的消息"。這個時候Client端就進入FIN_WAIT狀態(tài)，繼續(xù)等待Server端的FIN報文。當(dāng)Server端確定數(shù)據(jù)已發(fā)送完成，則向Client端發(fā)送FIN報文，"告訴Client端，好了，我這邊數(shù)據(jù)發(fā)完了，準(zhǔn)備好關(guān)閉連接了"。Client端收到FIN報文后，"就知道可以關(guān)閉連接了，但是他還是不相信網(wǎng)絡(luò)，怕Server端不知道要關(guān)閉，所以發(fā)送ACK后進入TIME_WAIT狀態(tài)，如果Server端沒有收到ACK則可以重傳。“，Server端收到ACK后，"就知道可以斷開連接了"。Client端等待了2MSL后依然沒有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉，那好，我Client端也可以關(guān)閉連接了。Ok，TCP連接就這樣關(guān)閉了！
HTTP連接
HTTP協(xié)議即超文本傳送協(xié)議(HypertextTransferProtocol )是Web聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是手機聯(lián)網(wǎng)常用的協(xié)議之一，HTTP協(xié)議是建立在TCP協(xié)議之上的一種應(yīng)用。HTTP連接最顯著的特點是客戶端發(fā)送的每次請求都需要服務(wù)器回送響應(yīng)，在請求結(jié)束后，會主動釋放連接。從建立連接到關(guān)閉連接的過程稱為“一次連接”。
1.在HTTP 1.0中，客戶端的每次請求都要求建立一次單獨的連接，在處理完本次請求后，就自動釋放連接。
2.在HTTP 1.1中則可以在一次連接中處理多個請求，并且多個請求可以重疊進行，不需要等待一個請求結(jié)束后再發(fā)送下一個請求。由于HTTP在每次請求結(jié)束后都會主動釋放連接，因此HTTP連接是一種“短連接”，要保持客戶端程序的在線狀態(tài)，需要不斷地向服務(wù)器發(fā)起連接請求。通常的做法是即時不需要獲得任何數(shù)據(jù)，客戶端也保持每隔一段固定的時間向服務(wù)器發(fā)送一次“保持連接”的請求，服務(wù)器在收到該請求后對客戶端進行回復(fù)，表明知道客戶端“在線”。若服務(wù)器長時間無法收到客戶端的請求，則認為客戶端“下線”，若客戶端長時間無法收到服務(wù)器的回復(fù)，則認為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開。
3.2 、建立socket連接
建立Socket連接至少需要一對套接字，其中一個運行于客戶端，稱為ClientSocket，另一個運行于服務(wù)器端，稱為ServerSocket。
套接字之間的連接過程分為三個步驟：服務(wù)器監(jiān)聽，客戶端請求，連接確認。
服務(wù)器監(jiān)聽：服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，等待客戶端的連接請求。
客戶端請求：指客戶端的套接字提出連接請求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請求。
連接確認：當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求時，就響應(yīng)客戶端套接字的請求，建立一個新的線程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，雙方就正式建立連接。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請求。
SOCKET連接與TCP連接
創(chuàng)建Socket連接時，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket可以支持不同的傳輸層協(xié)議（TCP或UDP），當(dāng)使用TCP協(xié)議進行連接時，該Socket連接就是一個TCP連接。
Socket連接與HTTP連接
由于通常情況下Socket連接就是TCP連接，因此Socket連接一旦建立，通信雙方即可開始相互發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，直到雙方連接斷開。但在實際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，客戶端到服務(wù)器之間的通信往往需要穿越多個中間節(jié)點，例如路由器、網(wǎng)關(guān)、防火墻等，大部分防火墻默認會關(guān)閉長時間處于非活躍狀態(tài)的連接而導(dǎo)致
Socket 連接斷連，因此需要通過輪詢告訴網(wǎng)絡(luò)，該連接處于活躍狀態(tài)。而HTTP連接使用的是“請求—響應(yīng)”的方式，不僅在請求時需要先建立連接，而且需要客戶端向服務(wù)器發(fā)出請求后，服務(wù)器端才能回復(fù)數(shù)據(jù)。
很多情況下，需要服務(wù)器端主動向客戶端推送數(shù)據(jù)，保持客戶端與服務(wù)器數(shù)據(jù)的實時與同步。此時若雙方建立的是Socket連接，服務(wù)器就可以直接將數(shù)據(jù)傳送給客戶端；若雙方建立的是HTTP連接，則服務(wù)器需要等到客戶端發(fā)送一次請求后才能將數(shù)據(jù)傳回給客戶端，因此，客戶端定時向服務(wù)器端發(fā)送連接請求，不僅可以保持在線，同時也是在“詢問”服務(wù)器是否有新的數(shù)據(jù)，如果有就將數(shù)據(jù)傳給客戶端。
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注:(如何在代碼中運用，大家可以去自行實現(xiàn)，這里只是對于大家容易弄混淆的知識點加以整理，如有不正確之處，歡迎指正。)