關於java socket

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1. 關於new Socket()中參數的理解

Server端：

• 調用ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2);後Server端開啟了指定的連接埠1287，並綁定了PID 5449。

 

Client端：

• 調用Socket socket = new Socket(remoteAddress, 1287);後，Client端會將Client的PID綁定到一個隨機未使用的連接埠上；

 

• 調用Socket socket = new Socket(remoteAddress, 1287, localAddress, 1288);後，Client端會將Client的PID綁定到指定的連接埠1288上；

 

2. 關於backlog，connectiontimeout，SO_TIMEOUT參數的理解2.1. 測試過程及現象

經過測試發現，測試程式在Windows上和在Linux上的表現不同。

2.1.1. Linux平台上（Server和Client都在Linux上）

在eclipse中先啟動Server，然後啟動第1個Client C1，此時C1正常串連到Server並返回：

 

Server端也列印出了相應的資訊：

 

啟動第2個Client C2,此時C2一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為1；

 

啟動第3個Client C3,此時C3一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為2；

 

啟動第4個Client C4,此時C4一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為3；

 

啟動第5個Client C5,此時C5一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為4；

 

啟動第6個Client C6,此時C6一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為5；

 

等待大約100s之後，C5和C6都返回了報錯資訊：（Client端均沒有設定socket.setSoTimeout(5000);）

 

而C2、C3和C4依然處於等待狀態，沒有任何輸出：

 

此時Server端的排隊數為3，比Server端的設定（ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2)）的排隊數2多1。事實上，經過進一步的測試，Server端設定的排隊數為1或3時，Server端的實際排隊數都比所設定的值多1。

2.1.2. Windows平台上（Server和Client都在Windows上）

在cmd中先啟動Server，然後啟動第1個Client C1，此時C1正常串連到Server並返回：

 

Server端也列印出了相應的資訊：

 

啟動第2個Client C2,此時C2一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為1；

 

啟動第3個Client C3,此時C3一直等待Server的“hi”回應，Server端的排隊數為2；

 

啟動第4個Client C4,此時C4立刻返回了報錯資訊：（Client端均沒有設定socket.setSoTimeout(5000);）

 

而C2、C3依然處於等待狀態，沒有任何輸出：

 

此時Server端的排隊數為2，與Server端的設定（ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2)）的排隊數2相等。事實上，經過進一步的測試，Server端設定的排隊數為1或3時，Server端的實際排隊數都與所設定的值相等。

2.2. Client串連Server的過程

(1).   Server端初始化ServerSocket並監聽連接埠

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2);

Socket socket = serverSocket.accept(); // 此時若無Client端串連上來，即Server端的等待隊列為空白，那麼Server端在此阻塞

(2).   Client端初始化Socket，並串連Server

Socket socket = new Socket ();

socket.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName("22.11.143.60"),1287), 1000);

（socket.setSoTimeout(5000);）

(3).   Server端accept()調用從等待隊列中取出Client，並返回

Socket socket = serverSocket.accept();

(4).   Server端通過返回的Socket與Client端互動

2.3. 猜測結論

根據以上現象猜測，所謂“排隊隊列”應該是在TCP層控制的，具體如：

 

【解釋圖中的要素】

串連隊列（connection隊列）：所有的用戶端TCP串連請求，首先進入串連隊列，進行三向交握，三向交握成功標誌著串連建立（established），串連建立後用戶端請求被從隊列中取出並進入ACCEPT隊列。三向交握建立串連的過程一般很快，區域網路中1ms以內。

connectiontimeout是指從進入串連隊列、進行三向交握、建立串連到從隊列中被取出這段時間的逾時時間，一般這個不會逾時。connectiontimeout可以在用戶端通過socket.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName("22.11.143.60"),1287), 1000);來設定。

ACCEPT隊列：串連建立後，用戶端請求被放入ACCEPT隊列，等待服務端應用調用serverSocket.accept()，從而將用戶端請求從ACCEPT隊列中取出並與其互動。當然，若服務端應用調用Socket socket = serverSocket.accept();時ACCPET隊列為空白，那麼服務端應用在此阻塞，直到ACCEPT隊列不為空白。

ACCEPT隊列的最大排隊數backlog控制著這個隊列最多能存放多少個用戶端請求，當用戶端請求個數大於backlog時將拒絕為多餘的用戶端服務。服務端應用可以通過調用ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2);來設定backlog。

在ACCEPT隊列中，每個用戶端請求都有一個SO_TIMEOUT的參數，用來控制該用戶端在這段時間內的逾時——從進入ACCEPT隊列開始到從中取出、服務端accept()返回、服務端向socket寫入回複資料、用戶端收到服務端的回複。如果用戶端在SO_TIMEOUT時間內沒有收到來自服務端的回複，則用戶端在is.readLine()報Read timed out異常，如。在用戶端可以通過調用socket.setSoTimeout(5000);來設定SO_TIMEOUT。

 

port-PID映射表：用戶端請求從ACCEPT隊列中被取出後，需要交給服務端應用，因此需要知道應該交給哪個服務端應用，它的PID是多少，所以需要一個類似port-PID映射表的映射關係。當服務端應用（PID=1234）啟動時，調用ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2);時，意味著該服務綁定了1287這個連接埠，此時應在port-PID映射表中添加一條記錄“port:1287, PID=1234”。這樣，當用戶端請求被從port1287的ACCEPT隊列中取出時，就知道應該交給PID為1234的服務端應用。

【描述C1-C6串連Server的過程】

在服務端，當應用程式層應用1調用ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2);時，TCP層在port-PID映射表中加入一條記錄“port1，PID1”以示綁定；並且TCP層為port1開闢新的空間，用來儲存port、串連隊列和ACCEPT隊列，並設定ACCPET隊列的backlog。然後應用1調用Socket socket = serverSocket.accept();來監聽ACCEPT隊列。

當C1調用socket.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName("22.11.143.60"),1287), 1000);發起請求時，C1會路由到服務端機器，從物理層、鏈路層、IP層到達TCP層。到達後首先進入串連隊列1，設定connectiontimeout，進行三向交握，成功後進入ACCEPT隊列，並調用socket.setSoTimeout(5000);設定SO_TIMEOUT。由於應用1正阻塞在accept()，所以C1被從排隊隊列中取出，然後查詢port-PID映射表，決定PID1，從而將C1發送給PID1進程應用1，然後應用1的accpet()返回並產生Socket來與C1互動。

當C2調用socket.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName("22.11.143.60"),1287), 1000);時，C2在串連隊列中進行三向交握後進入ACCEPT隊列，並調用socket.setSoTimeout(5000);設定SO_TIMEOUT。由於此時應用1沒有調用accept()，所以C2在排隊隊列中等待。C3、C4、C5、C6重複此過程。若排隊隊列中的元素個數大於最大排隊數backlog1，那麼TCP拒絕為多餘的Client服務。

【解釋測試現象】

因此，下面可以解釋測試現象（ps. 在測試中Client端均沒有設定socket.setSoTimeout(5000);）

l  若設定backlog1 = 2，那麼，在Linux環境下C5和C6會被拒絕，ACCPET隊列長度為3，比backlog1大1；而在windows環境下C4、C5和C6會被拒絕，ACCEPT隊列長度為2，等於backlog1。這可能是由於不同的作業系統對TCP的參數設定不同導致。

l  在不同的作業系統下，串連被拒絕時的報錯Exception也不同。windows下報connnection refused異常，異常位置在socket.connect(***);，這是由於串連被拒絕，或者說沒有串連上；而Linux下報connection reset異常，異常位置在is.readLine()（這個異常一般是由於一端socket被關閉，而另一端仍在進行讀寫操作引起的），這是可能是由於服務端斷開多於backlog+1的串連而用戶端仍在readLine()導致。這可能是由於不同作業系統對TCP的實現不同導致。

l  在測試過程中Client端只設定了connectiontimeout，沒有設定SO_TIMEOUT。在Linux環境下C5和C6會在約100s後被拒絕，而在windows環境下C4、C5和C6會立刻被拒絕。這個應該和connectiontimeout無關。由於用戶端都沒有設定SO_TIMEOUT，所以估計跟這個參數也無關。應該除了connectiontimeout和SO_TIMEOUT以外還有一個作業系統預設的參數來控制是100s還是立刻，目前尚不清楚。

l  如果在Client端設定了SO_TIMEOUT，例如為5s，那麼在Linux上的現象是C2及其之後的Client會在串連上服務端等待其回複5s後報Read timed out，異常位置在is.readLine()；在windows上的現象是C4及其之後的Client依然立即報Connection refused異常，異常位置在socket.connect(***)，而C2和C3是在串連上服務端等待其回複5s後報Read timed out異常，異常位置在is.readLine()。

如果在Client端設定了SO_TIMEOUT，例如為110s，那麼在Linux上的現象是C5及其之後的Client會在100s後報Connection reset異常，異常位置在is.readLine()，而C2、C3和C4會在110s後報Read timed out異常，異常位置在is.readLine()；在windows上的現象是C4及其之後的Client依然立即報Connection refused異常，異常位置在socket.connect(***)，而C2和C3是在串連上服務端等待其回複110s後報Read timed out異常，異常位置在is.readLine()。

這就是SO_TIMEOUT這個參數的含義。兩個作業系統在這一點上的理解是一致的。

3. 附件

測試使用的代碼：

 Client.java

 1 package socket; 2  3 import java.io.*; 4 import java.net.*; 5 import java.util.Date; 6  7 public class Client { 8  9     /**10      * @param args11      */12     public static void main(String[] args) {13         // TODO Auto-generated method stub14         try {15             System.out.println(new Date());16             InetAddress remoteAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");17 //            InetAddress localAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");18 //            Socket socket = new Socket(remoteAddress, 1287, localAddress, 1288);19 //            Socket socket = new Socket(remoteAddress, 1287);20             Socket socket = new Socket ();21             socket.connect(new InetSocketAddress(remoteAddress,1287), 1000);22             socket.setSoTimeout(5000);23             System.out.println(new Date());24             PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());25             BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));26             String msg = "hello";27             os.println(msg);28             os.flush();29             System.out.println("Client: " + msg);30 //            Thread.sleep(1000);31             System.out.println("Server: " + is.readLine());32             System.out.println(new Date());33             Thread.sleep(1000000);34             System.out.println("end!");35             os.close();36             is.close();37             socket.close();38         } catch (UnknownHostException e) {39             // TODO Auto-generated catch block40             System.out.println(new Date());41             e.printStackTrace();42         } catch (IOException e) {43             // TODO Auto-generated catch block44             System.out.println(new Date());45             e.printStackTrace();46         }47         catch (InterruptedException e) {48             // TODO Auto-generated catch block49             System.out.println(new Date());50             e.printStackTrace();51         }52         53     }54 55 }

Server.java

 1 package socket; 2  3 import java.io.*; 4 import java.net.*; 5  6 public class Server { 7  8     /** 9      * @param args10      */11     public static void main(String[] args) {12         // TODO Auto-generated method stub13         try {14             ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1287,2);15             Socket socket = serverSocket.accept();16             17             PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());18             BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));19             while (true){20                 System.out.println("Client: " + is.readLine());21                 String msg = "hi";22                 os.println(msg);23                 os.flush();24                 System.out.println("Server: " + msg);25             }26 //            os.close();27 //            is.close();28 //            socket.close();29 //            serverSocket.close();30         } catch (IOException e) {31             // TODO Auto-generated catch block32             e.printStackTrace();33         }34 //        catch (InterruptedException e) {35 //            // TODO Auto-generated catch block36 //            e.printStackTrace();37 //        }38 39     }40 41 }

 

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