Java가 기본 소켓 통신 메커니즘을 구현하는 방법의 원리에 대한 자세한 설명

이 기사에서는 주로 JAVA에서 네이티브 소켓 통신 메커니즘을 구현하는 원리를 소개합니다. 편집자는 이것이 꽤 좋다고 생각하므로 지금 공유하고 참고용으로 제공하겠습니다. 편집자를 따라가서 살펴보겠습니다. 이 기사에서는 JAVA의 기본 소켓 통신 메커니즘을 소개하고 이를 모든 사람과 공유합니다.

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jdk == 1.8

지식 포인트

소켓 연결 처리
IO 입출력 스트림 처리
요청 데이터 형식 처리
요청 모델 최적화

scenario

오늘은 JAVA의 소켓 통신 문제입니다. 여기서는 이제 Baidu 사이트와 통신해야 한다고 가정하고 가장 간단한 1요청 1응답 모델을 예로 들어보겠습니다. 이를 달성하기 위해 JAVA의 기본 소켓을 어떻게 사용할 수 있습니까?

소켓 연결 설정

먼저 소켓 연결을 설정해야 합니다(핵심 코드)

import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
    
// 初始化 socket
Socket socket = new Socket();
// 初始化远程连接地址
SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port);
// 建立连接
socket.connect(remote);

소켓 입력 및 출력 스트림을 처리합니다

소켓 연결을 성공적으로 설정한 후 입력 출력 스트림을 얻을 수 있으므로 통신의 본질은 입력 및 출력 스트림을 처리하는 것입니다. 입력 스트림을 통해 네트워크 연결의 데이터를 읽고, 출력 스트림을 통해 로컬 데이터를 원격 엔드로 전송합니다.

소켓 연결은 실제로 파일 스트림 처리와 다소 유사하며 둘 다 IO 작업을 수행합니다.

입력 및 출력 스트림을 얻는 코드는 다음과 같습니다.

// 输入流
InputStream in = socket.getInputStream();
// 输出流
OutputStream out = socket.getOutputStream();

IO 스트림 처리와 관련하여 일반적으로 해당 패키징 클래스를 사용하여 IO 스트림을 처리하는 경우 바이트 단위로 작업해야 합니다. [], 이는 상대적으로 지루한 작업입니다. 래퍼 클래스를 사용하면 이를 string 및 int와 같은 유형으로 직접 처리할 수 있으므로 IO 바이트 작업이 단순화됩니다.

다음은 처리를 위한 입력 및 출력 패키징 클래스로

를 사용합니다.

BufferedReader 与 PrintWriter

// 获取 socket 输入流
private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException {
  InputStream in = socket.getInputStream();
  return new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
}

// 获取 socket 输出流
private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException {
  OutputStream out = socket.getOutputStream();
  return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out));
}

데이터 요청 및 응답

소켓 연결과 IO 입력 및 출력 스트림을 사용하여 요청 데이터를 보내고 요청의 응답 결과를 얻을 차례입니다.

IO 패키징 클래스의 지원으로 문자열 형식으로 직접 전송할 수 있으며 패키징 클래스는 데이터를 해당 바이트 스트림으로 변환하는 데 도움이 됩니다.

우리는 HTTP를 통해 바이두 사이트에 접속하기 때문에 추가적인 출력 형식을 정의할 필요가 없습니다. 표준 HTTP 전송 형식을 사용하면 요청 응답을 수행할 수 있습니다(일부 특정 RPC 프레임워크에는 사용자 정의된 통신 형식이 있을 수 있음).

요청된 데이터 내용은 다음과 같이 처리됩니다.

public class HttpUtil {

  public static String compositeRequest(String host){

    return "GET / HTTP/1.1\r\n" +
        "Host: " + host + "\r\n" +
        "User-Agent: curl/7.43.0\r\n" +
        "Accept: */*\r\n\r\n";
  }
  
}

요청 데이터를 보내는 코드는 다음과 같습니다.

// 发起请求
PrintWriter writer = getWriter(socket);
writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
writer.flush();
接收响应数据代码如下：

// 读取响应
String msg;
BufferedReader reader = getReader(socket);
while ((msg = reader.readLine()) != null){
  System.out.println(msg);
}

이제 연결 생성, 전송을 위한 핵심 코드가 모두 완성되었습니다. 기본 소켓에서 요청 및 응답 수신.

전체 코드는 다음과 같습니다.

import java.io.*;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
import com.test.network.util.HttpUtil;

public class SocketHttpClient {

  public void start(String host, int port) {

    // 初始化 socket
    Socket socket = new Socket();

    try {
      // 设置 socket 连接
      SocketAddress remote = new InetSocketAddress(host, port);
      socket.setSoTimeout(5000);
      socket.connect(remote);

      // 发起请求
      PrintWriter writer = getWriter(socket);
      System.out.println(HttpUtil.compositeRequest(host));
      writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
      writer.flush();

      // 读取响应
      String msg;
      BufferedReader reader = getReader(socket);
      while ((msg = reader.readLine()) != null){
        System.out.println(msg);
      }

    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      try {
        socket.close();
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }

  }

  private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException {
    InputStream in = socket.getInputStream();
    return new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
  }

  private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException {
    OutputStream out = socket.getOutputStream();
    return new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out));
  }

}

아래에서는 클라이언트를 인스턴스화하여 소켓 통신 결과를 보여줍니다.

public class Application {

  public static void main(String[] args) {

    new SocketHttpClient().start("www.baidu.com", 80);

  }
}

결과 출력:

요청 모델 최적화

이렇게 하면 기능 구현에는 문제가 없지만. 하지만 자세히 살펴보면 IO 쓰기 및 읽기 프로세스 중에 IO 차단이 발생하는 것을 알 수 있습니다. 즉,

// 会发生 IO 阻塞
writer.write(HttpUtil.compositeRequest(host));
reader.readLine();

따라서 10개의 다른 사이트를 동시에 요청하려면 다음과 같이 하세요.

public class SingleThreadApplication {

  public static void main(String[] args) {

    // HttpConstant.HOSTS 为 站点集合
    for (String host: HttpConstant.HOSTS) {

      new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);

    }

  }
}

첫 번째 요청 응답이 완료된 후 다음 사이트 처리가 시작되어야 합니다.

이것은 서버 측에서 더 분명합니다. 여기의 코드는 클라이언트 연결이지만 구체적인 작업은 서버 측의 코드와 유사합니다. 요청은 하나씩 순차적으로만 처리할 수 있으므로 응답 시간 표준을 확실히 충족할 수 없습니다.

멀티스레딩
어떤 사람들은 이것이 전혀 문제가 되지 않는다고 생각하는데, JAVA는 멀티스레드 프로그래밍 언어입니다. 이러한 상황에는 멀티스레드 모델이 가장 적합합니다.

public class MultiThreadApplication {

  public static void main(String[] args) {

    for (final String host: HttpConstant.HOSTS) {

      Thread t = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
          new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
        }
      });

      t.start();

    }
  }
}

이 방법은 처음에는 유용해 보이지만 동시성이 높으면 애플리케이션에서 많은 스레드를 사용하게 됩니다. 우리 모두 알고 있듯이 서버에서 각 스레드는 실제로 파일 핸들을 차지합니다. 서버의 핸들 수는 제한되어 있으며 스레드 수가 많으면 스레드 간 전환에 상당한 소비가 발생합니다. 따라서 이 방법은 동시성이 큰 시나리오에서는 견딜 수 없습니다.

멀티스레딩 + 스레드 풀 처리
스레드가 너무 많기 때문에 생성되는 스레드 수만 제어하면 됩니다. 소켓 처리를 위해 고정된 수의 스레드만 시작됩니다. 이는 멀티 스레드 처리를 활용할 뿐만 아니라 시스템 자원 소비도 제어합니다.

public class ThreadPoolApplication {

  public static void main(String[] args) {

    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(8);

    for (final String host: HttpConstant.HOSTS) {

      Thread t = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
          new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);
        }
      });

      executorService.submit(t);
      new SocketHttpClient().start(host, HttpConstant.PORT);

    }

  }
}

시작된 스레드 수와 관련하여 일반적으로 CPU 집약적 유형은 N+1(N은 CPU 코어 수)로 설정되고, IO 집약적 유형은 2N+1로 설정됩니다.

이 방법이 최적인 것 같습니다. 스레드가 동시에 여러 소켓 연결을 처리할 수 있고 각 소켓의 입력 및 출력 데이터가 준비되지 않은 경우 차단하지 않으면 더 좋은 것이 있습니까? 이 기술을 "IO 다중화"라고 합니다. 해당 구현은 JAVA의 nio 패키지에 제공됩니다.

위 내용은 Java가 기본 소켓 통신 메커니즘을 구현하는 방법의 원리에 대한 자세한 설명의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!