前言

在工作开始之前，我们先来了解一下Socket

所谓Socket，又被称作套接字，它是一个抽象层，简单来说就是存在于不同平台(os)的公共接口。学过网络的同学可以把它理解为基于传输TCP/IP协议的进一步封装，封装到以至于我们从表面上使用就像对文件流一样的打开、读写和关闭等操作。此外，它是面向应用程序的，应用程序可以通过它发送或接收数据而不用过多的顾及网络协议。

那么，Socket是存在于不同平台的公共接口又是什么意思呢？

形象的说就是“插座”，是不同OS之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 Socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。Socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器，浏览器获取用户输入的 URL，通过解析出服务器的IP地址，向服务器IP发起请求，服务器分析接收到的 URL，将对应的网页内容返回给浏览器，浏览器再经过解析和渲染，就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

问题又来了，不通过系统之间能否进行Socket通信呢？

首先，我们了解一下常用操作系统中的Socket。

在 UNIX/Linux 系统中，为了统一对硬件的操作，简化接口，不同的硬件设备都被看成一个文件。对这些文件的操作，就等同于对磁盘上普通文件的操作。

你也许听很多高手说过，UNIX/Linux 中的一切都是文件！那个家伙说的没错。

学过操作系统的同学可能知道，当对文件进行I/O操作时，系统通常会为文件分配一个ID，也就是文件描述符。简单来讲就是系统对文件的操作转化为

对文件描述符的操作，它的背后可能是一个硬盘上的普通文件、FIFO、管道、终端、键盘、显示器，甚至是一个网络连接。

同样的，网络连接也被定义为是一种类似的I/O操作，类似于文件，它也有文件描述符。

所以当我们可以通过 Socket来进行一次通信时，也可以被称作操作网络文件的过程。在网络建立时，socket() 的返回值就是文件描述符。有了这个文

件描述符，我们就可以使用普通的文件操作函数来传输数据了，例如：

用 read() 读取从远程计算机传来的数据；

用 write() 向远程计算机写入数据。

不难发现，除了不同主机之间的Socket建立过程我们还不清楚，Socket的通信过程就是简单的文件流处理过程。

在Windows系统中，也有类似“文件描述符”的概念，但通常被称为“文件句柄”。因此，本教程如果涉及 Windows 平台将使用“句柄”，如果涉及Linux

平台则使用“描述符”。与UNIX/Linux 不同的是，Windows 会区分 socket 和文件，Windows 就把 socket 当做一个网络连接来对待，因此需要调用专们

针对 socket 而设计的数据传输函数，针对普通文件的输入输出函数就无效了。

步入正题

说了这么多，到底不同系统间不同定义的Socket是怎么通信的呢？

在此，我们以JAVA Socket 与 Linux Socket的关系分析为例进行说明。首先，拿TCP Socket通信过程来讲，就是客户端与服务器进行TCP数据交互，它分为一下几个步骤：

系统分配资源，服务端开启Socket进程，对特定端口号进行监听

客户端针对服务端IP进行特定端口的连接

连接建立，开始通信

通信完成，关闭连接

以TCP的通信过程为例，过程如下：

具体来说，JAVA是怎样完成对底层Linux Socket接口的调用的呢？以下图为例，当我们在JAVA创建一个TCP连接时，需要首先实例化JAVA的ServerSocket类，其中封装了底层的socket()方法、bind()方法、listen()方法。

其中，socket()方法是JVM对Linux API的调用，详细如下：

1 创建socket结构体

2 创建tcp_sock结构体,刚创建完的tcp_sock的状态为:TCP_CLOSE

3 创建文件描述符与socket绑定

bind ()方法在Linux 的底层详细如下：

1.将当前网络命名空间名和端口存到bhash()

可以理解为，绑定到系统能够找到的地方。

listen()方法在Linux 的底层详细如下：

1.检查侦听端口是否存在bhash中

2.初始化csk_accept_queue

3.将tcp_sock指针存放到listening_hash表

简单来讲就是验证连接请求的端口是否被开启。

accpet()方法在Linux 的底层详细如下：

1.调用accept方法

2.创建socket(创建新的准备用于连接客户端的socket)

3.创建文件描述符

4.阻塞式等待(csk_accept_queue)获取sock

我们知道在listen阶段,会为侦听的sock初始化csk_accept_queue,此时这个queue为空，所以accept()方法会在此时阻塞住,直到后面有客户端成功握手后,这个queue才有sock.如果csk_accept_queue不为空,则返回一个sock.后续的逻辑如accept第二个图所示,其步骤如下:

5.取出sock

6.socket与sock互相关联

7.socket与文件描述符关联

8.将socket返回给线程

到此，JAVA调用Linux API的初始步骤完成。

让我们来用JAVA Socket进行简单的编码实现。目标：

1. 能够实现数据通信

2. 能够实现客户端和服务端多对一连接。

在此，以基于TCP连接过程为例，完成以上编码。服务端较为容易实现，它只需要开启监听端口，等待连接。同时对发送和接收模块进行封装，以证上面所说Socket通信相似于IO过程。

Server端代码：

1 packagetcp_network;2

3 importjava.io.DataInputStream;4 importjava.io.DataOutputStream;5 importjava.io.IOException;6 importjava.net.ServerSocket;7 importjava.net.Socket;8

9 public classTcp_server {10 public static void main(String arg[]) throwsIOException {11 System.out.print("服务端启动.......\n");12 ServerSocket server = new ServerSocket(9660); //初始化一个监听端口，让系统分配相关socket资源13 boolean isRunable = true;14 while(isRunable){//循环等待连接的建立15 Socket client =server.accept();16 System.out.print("一个客户端建立了连接.......\n");17 new Thread(newChannel(client)).start();//每有一个通信连接，将它放到新的线程中去，实现一个服务端对多个客户端18 }19 server.close();20 }21 public static class Channel implementsRunnable{//封装服务的类，完成接收和发送的实现22 privateSocket client;23 privateDataInputStream in_data;24 privateDataOutputStream out_data;25 public Channel(Socket client) throwsIOException { //构造函数加载，简单初始化相关输入输出流26 this.client =client;27 in_data = newDataInputStream(client.getInputStream());//将通信的字节流封装为IO的输入输出流28 out_data = newDataOutputStream(client.getOutputStream());29 }30 public String receive() throwsIOException {//通过对输入流31 String data =in_data.readUTF();32 returndata;33 }34 public void send(String msg) throwsIOException {35 out_data.writeUTF(msg);//将数据写到数据流当中36 out_data.flush();//刷新缓冲，发送数据37 }38 public void release() throwsIOException {//连接结束时，释放系统资源39 in_data.close();40 out_data.close();41 client.close();42 }43 @Override44 public voidrun() {45 try{46 String receive_data;47 while (true){48 receive_data =receive();49 if(!receive_data.equals(""))50 {51 if(receive_data.equals("Hello"))52 {53 System.out.print("IP:"+client.getInetAddress()+" 客户端信息："+receive_data+"\n");54 send("Hi");55 }56 else{57 System.out.print("IP:"+client.getInetAddress()+" 客户端信息："+receive_data+"\n");58 send(receive_data.toUpperCase());59 }60 }61 }62 } catch(IOException e) {63 try{64 release();65 } catch(IOException ex) {66 ex.printStackTrace();67 }68 e.printStackTrace();69 }70 }71 }72 }

Client端代码：

packagetcp_network;import java.io.*;importjava.net.Socket;public classTcp_client {public static void main(String arg[]) throwsIOException {

Socket client= new Socket("localhost",9660);//新建socket资源boolean isRuning = true;while(isRuning) {//new Send(client).send();//new Receive(client).receive();

new Thread(newSend(client)).start();//启动发送线程new Thread(newReceive(client)).start();//启动接收线程

}

}public static class Send implementsRunnable

{privateDataOutputStream out_data;privateBufferedReader console;privateString msg;public Send(Socket client) throwsIOException {this.console = new BufferedReader(newInputStreamReader(System.in));//接收系统输入this.msg =init();try{this.out_data = newDataOutputStream(client.getOutputStream());//将字符流转化为数据流

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}

}private String init() throwsIOException {

String msg=console.readLine();returnmsg;

}

@Overridepublic voidrun() {//在线程体内实现发送数据try{

out_data.writeUTF(msg);

out_data.flush();

System.out.println("send date !");

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}

}

}public static class Receive implementsRunnable{//将接收模块单独封装，目的是避免通信时接收一直阻塞privateDataInputStream in_data;privateString msg;publicReceive(Socket client){try{

in_data= newDataInputStream(client.getInputStream());//转换流

}catch(IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

@Overridepublic voidrun() {

String data= null;try{//在线程中实现接收 IO缓冲区数据并输出

data=in_data.readUTF();

}catch(IOException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.print("服务端："+data+"\n");

}

}

}

注意：在客户端需要把发送和接收模块放到两个线程中去，否则会出现客户端一直阻塞等待接收，不能进行下次发送数据的情况(解决办法：放到不同线程中接收发送能够互不影响)。

效果如下：

  

参考：