Android網路編程系列 一 Socket抽象層

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 在《Android網路編程》系列文章中，前面已經將Java的通訊底層大致的描述了，在我們瞭解了TCP/IP通訊族架構及其原理，接下來我們就開始來瞭解基於tcp/ip協議層的Socket抽象層。本篇文章將會讓我們清楚的瞭解和學會使用Socket。
    什麼是Socket？它又是如何運作的？它的表現形式是什嗎？等等這些問題，本篇文章將逐步的揭曉。 一. 什麼是Socket    Socket是應用程式層與TCP/IP協議族通訊的中間軟體抽象層，它是一組介面，你可以藉助它建立TCP串連等等，而http是個應用程式層的協議，它實際上也建立在TCP協議之上。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對使用者來說，一組簡單的介面就是全部，讓Socket去組織資料，以符合指定的協議。     然而Socket本身並不是協議，它只是對TCP/IP協議的封裝，是一個調用介面（API），通過Socket，我們才能使用TCP/IP協議。Socket的出現只是使得程式員更方便地使用TCP/IP協議棧而已，是對TCP/IP協議的抽象，從而形成了我們知道的一些最基本的函數介面。 二. 它是如何運作的?    首先我們來看下其內部的通訊原理，      一台主機的應用程式C要能和另一台主機的應用程式S通訊，必須通過 Socket 建立串連，而建立 Socket 串連必須需要底層TCP/IP 協議來建立 TCP 串連。建立 TCP 串連需要底層 IP 協議來定址網路中的主機。我們知道網路層使用的 IP 協議可以協助我們根據 IP 地址來找到目標主機，但是一台主機上可能運行著多個應用程式，如何才能與指定的應用程式通訊就要通過 TCP 或 UPD 的地址也就是連接埠號碼來指定。這樣就可以通過一個 Socket 執行個體唯一代表一個主機上的一個應用程式的通訊鏈路了。     建立Socket串連至少需要一對通訊端，其中一個運行於用戶端程式C中，稱為ClientSocket ，另一個運行於伺服器端程式S中，稱為ServerSocket 。通訊端之間的串連過程分為三個步驟：伺服器等待監聽，用戶端請求，串連建立。

1>.伺服器等待監聽：ServerSocket 並不定位具體的用戶端通訊端，而是處於等待串連的狀態，即時監控網路狀態，等待用戶端的串連請求。該過程是一個阻塞過程，直到有用戶端來連結為止。

2>.用戶端請求：指用戶端的通訊端提出串連請求，要串連的目標是伺服器端的通訊端。為此，用戶端的通訊端必須首先描述它要已連線的服務器的通訊端，指出伺服器端通訊端的地址和連接埠號碼，然後就向伺服器端通訊端提出串連請求。

3>.串連確認：當伺服器端通訊端監聽到或者說接收到用戶端通訊端的串連請求時，就響應用戶端通訊端的請求，建立一個新的線程，把伺服器端通訊端的描述發給用戶端，一旦用戶端確認了此描述，雙方就正式建立串連。而伺服器端通訊端繼續處於監聽狀態，繼續接收其他用戶端通訊端的串連請求。    在建立 Socket 執行個體的建構函式正確返回之前，將要進行 TCP 的三向交握協議，TCP 握手協議完成後，Socket執行個體對象將建立完成，否則將拋出 IOException 錯誤。具體的三向交握協議可以看《Android網路編程 一 JavaSecurity之JCE(SSL/TLS)》。 三. 它的表現形式是什嗎？    以上講述的都屬於JAVA I/O 範疇，我們可以看出I/O編程中我們用的就是Socket 和 ServerSocket,通訊的資料靠Socket之間的流通道，其次在調用InputStream.read()方法時是阻塞的，它會一直等到資料到來時（或逾時）才會返回；同樣，在調用ServerSocket.accept()方法時，也會一直阻塞到有用戶端串連才會返回，每個用戶端串連過來後，服務端都會啟動一個線程去處理該用戶端的請求。當用戶端多時，會建立大量的處理線程。且每個線程都要佔用棧空間和一些CPU時間。所以Java NI/O編程就應運而生，它能夠很好的解決這些。NI/O編程可以說成非阻塞式I/O，java NIO採用了雙向通道（channel）進行資料轉送，而不是單向的流（stream），在通道上可以註冊我們感興趣的事件。一共有以下四種事件：比如讀、寫、用戶端連結事件、服務端接收連結事件。NI/O 它由一個專門的線程來處理所有的 I/O 事件，並負責分發。 事件到的時候觸發，而不是同步的去監視事件。 線程之間通過 wait,notify 等方式通訊。保證每次環境切換都是有意義的。減少無謂的線程切換。 Channels、Buffers 、Selectors 三個NIO編程的核心類。關於NIO本篇檔案就不多說了，大致的介紹下。 除此之外，它的另外一種表現形式就是在其原有的基礎上(socket 和 serversocket)加上了一層安全保護也就是SSL/TLS協議保護層。關於這一層的介紹可以參考《Android網路編程 一 JavaSecurity之JCE(SSL/TLS)》。 四. 小結   以上呢就大致的講述了Socket及其相關概念。在實際開發中，我們可能會遇到各式各樣的問題，遇到問題不可拍，可怕的是我們不瞭解問題。關於更深更多的知識就得靠自己日積月累了。

Android網路編程系列 一 Socket抽象層