Java Socket的超時(shí)淺析是什么

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Java Socket的超時(shí)淺析是什么，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解。

套接字或插座(socket)是一種軟件形式的抽象，用于表達(dá)兩臺(tái)機(jī)器間一個(gè)連接的“終端”。針對(duì)一個(gè)特定的連接，每臺(tái)機(jī)器上都有一個(gè)“套接字”，可以想象它們之間有一條虛擬的“線纜”。JAVA 有兩個(gè)基于數(shù)據(jù)流的套接字類：ServerSocket，服務(wù)器用它“偵聽”進(jìn)入的連接；Socket，客戶端用它初始一次連接。偵聽套接字只能接收新的連接請(qǐng)求，不能接收實(shí)際的數(shù)據(jù)包。

套接字是基于TCP/IP實(shí)現(xiàn)的，它是用來(lái)提供一個(gè)訪問(wèn)TCP的服務(wù)接口，或者說(shuō)套接字socket是TCP的應(yīng)用編程接口API，通過(guò)它應(yīng)用層就可以訪問(wèn)TCP提供的服務(wù)。

在JAVA中，我們用 ServerSocket、Socket類創(chuàng)建一個(gè)套接字連接，從套接字得到的結(jié)果是一個(gè)InputStream以及OutputStream對(duì)象，以便將連接作為一個(gè)IO流對(duì)象對(duì)待。通過(guò)IO流可以從流中讀取數(shù)據(jù)或者寫數(shù)據(jù)到流中，讀寫IO流會(huì)有異常IOException產(chǎn)生。

套接字底層是基于TCP的，所以socket的超時(shí)和TCP超時(shí)是相同的。下面先討論套接字讀寫緩沖區(qū)，接著討論連接建立超時(shí)、讀寫超時(shí)以及JAVA套接字編程的嵌套異常捕獲和一個(gè)超時(shí)例子程序的抓包示例。

1、socket讀寫緩沖區(qū)

一旦創(chuàng)建了一個(gè)套接字實(shí)例，操作系統(tǒng)就會(huì)為其分配緩沖區(qū)以存放接收和要發(fā)送的數(shù)據(jù)。

JAVA可以設(shè)置讀寫緩沖區(qū)的大小-setReceiveBufferSize(int size), setSendBufferSize(int size)。

向輸出流寫數(shù)據(jù)并不意味著數(shù)據(jù)實(shí)際上已經(jīng)被發(fā)送，它們只是被復(fù)制到了發(fā)送緩沖區(qū)隊(duì)列SendQ，就是在Socket的OutputStream上調(diào)用 flush()方法，也不能保證數(shù)據(jù)能夠立即發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。真正的數(shù)據(jù)發(fā)送是由操作系統(tǒng)的TCP協(xié)議棧模塊從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成的。

當(dāng)有數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)來(lái)到時(shí)，TCP協(xié)議棧模塊接收數(shù)據(jù)并放入接收緩沖區(qū)隊(duì)列RecvQ，輸入流InputStream通過(guò)read方法從RecvQ中取出數(shù)據(jù)。

2、socket連接建立超時(shí)

socket連接建立是基于TCP的連接建立過(guò)程。TCP的連接需要通過(guò)3次握手報(bào)文來(lái)完成，開始建立TCP連接時(shí)需要發(fā)送同步SYN報(bào)文，然后等待確認(rèn)報(bào)文SYN+ACK，***再發(fā)送確認(rèn)報(bào)文ACK。TCP連接的關(guān)閉通過(guò)4次揮手來(lái)完成，主動(dòng)關(guān)閉TCP連接的一方發(fā)送FIN報(bào)文，等待對(duì)方的確認(rèn)報(bào)文；被動(dòng)關(guān)閉的一方也發(fā)送FIN報(bào)文，然等待確認(rèn)報(bào)文。

正在等待TCP連接請(qǐng)求的一端有一個(gè)固定長(zhǎng)度的連接隊(duì)列，該隊(duì)列中的連接已經(jīng)被TCP接受（即三次握手已經(jīng)完成），但還沒有被應(yīng)用層所接受。TCP接受一個(gè)連接是將其放入這個(gè)連接隊(duì)列，而應(yīng)用層接受連接是將其從該隊(duì)列中移出。應(yīng)用層可以通過(guò)設(shè)置backlog變量來(lái)指明該連接隊(duì)列的***長(zhǎng)度，即已被TCP接受而等待應(yīng)用層接受的***連接數(shù)。

當(dāng)一個(gè)連接請(qǐng)求SYN到達(dá)時(shí)，TCP確定是否接受這個(gè)連接。如果隊(duì)列中還有空間，TCP模塊將對(duì)SYN進(jìn)行確認(rèn)并完成連接的建立。但應(yīng)用層只有在三次握手中的第三個(gè)報(bào)文收到后才會(huì)知道這個(gè)新連接。如果隊(duì)列沒有空間，TCP將不理會(huì)收到的SYN。

如果應(yīng)用層不能及時(shí)接受已被TCP接受的連接，這些連接可能占滿整個(gè)連接隊(duì)列，新的連接請(qǐng)求可能不被響應(yīng)而會(huì)超時(shí)。如果一個(gè)連接請(qǐng)求SYN發(fā)送后，一段時(shí)間后沒有收到確認(rèn)SYN+ACK，TCP會(huì)重傳這個(gè)連接請(qǐng)求SYN兩次，每次重傳的時(shí)間間隔加倍，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍沒有收到SYN+ACK，TCP將放棄這個(gè)連接請(qǐng)求，連接建立就超時(shí)了。

JAVA Socket連接建立超時(shí)和TCP是相同的，如果TCP建立連接時(shí)三次握手超時(shí)，那么導(dǎo)致Socket連接建立也就超時(shí)了?？梢栽O(shè)置Socket連接建立的超時(shí)時(shí)間-

connect(SocketAddress endpoint, int timeout)

如果在timeout內(nèi)，連接沒有建立成功，在TimeoutException異常被拋出。如果timeout的值小于三次握手的時(shí)間，那么Socket連接永遠(yuǎn)也不會(huì)建立。

不同的應(yīng)用層有不同的連接建立過(guò)程，Socket的連接建立和TCP一樣-僅僅需要三次握手就完成連接，但有些應(yīng)用程序需要交互很多信息后才能成功建立連接，比如Telnet協(xié)議，在TCP三次握手完成后，需要進(jìn)行選項(xiàng)協(xié)商之后，Telnet連接才建立完成。

3、socket讀超時(shí)

如果輸入緩沖隊(duì)列RecvQ中沒有數(shù)據(jù)，read操作會(huì)一直阻塞而掛起線程，直到有新的數(shù)據(jù)到來(lái)或者有異常產(chǎn)生。調(diào)用setSoTimeout(int timeout)可以設(shè)置超時(shí)時(shí)間，如果到了超時(shí)時(shí)間仍沒有數(shù)據(jù)，read會(huì)拋出一個(gè)SocketTimeoutException，程序需要捕獲這個(gè)異常，但是當(dāng)前的socket連接仍然是有效的。

如果對(duì)方進(jìn)程崩潰、對(duì)方機(jī)器突然重啟、網(wǎng)絡(luò)斷開，本端的read會(huì)一直阻塞下去，這時(shí)設(shè)置超時(shí)時(shí)間是非常重要的，否則調(diào)用read的線程會(huì)一直掛起。

TCP模塊把接收到的數(shù)據(jù)放入RecvQ中，直到應(yīng)用層調(diào)用輸入流的read方法來(lái)讀取。如果RecvQ隊(duì)列被填滿了，這時(shí)TCP會(huì)根據(jù)滑動(dòng)窗口機(jī)制通知對(duì)方不要繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，本端停止接收從對(duì)端發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，直到接收者應(yīng)用程序調(diào)用輸入流的read方法后騰出了空間。

4、socket寫超時(shí)

socket的寫超時(shí)是基于TCP的超時(shí)重傳。超時(shí)重傳是TCP保證數(shù)據(jù)可靠性傳輸?shù)囊粋€(gè)重要機(jī)制，其原理是在發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文后就開啟一個(gè)計(jì)時(shí)器，在一定時(shí)間內(nèi)如果沒有得到發(fā)送報(bào)文的確認(rèn)ACK，那么就重新發(fā)送報(bào)文。如果重新發(fā)送多次之后，仍沒有確認(rèn)報(bào)文，就發(fā)送一個(gè)復(fù)位報(bào)文RST，然后關(guān)閉TCP連接。***數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送與復(fù)位報(bào)文傳輸之間的時(shí)間差大約為9分鐘，也就是說(shuō)如果9分鐘內(nèi)沒有得到確認(rèn)報(bào)文，就關(guān)閉連接。但是這個(gè)值是根據(jù)不同的TCP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)而不同。

如果發(fā)送端調(diào)用write持續(xù)地寫出數(shù)據(jù)，直到SendQ隊(duì)列被填滿。如果在SendQ隊(duì)列已滿時(shí)調(diào)用write方法，則write將被阻塞，直到 SendQ有新的空閑空間為止，也就是說(shuō)直到一些字節(jié)傳輸?shù)搅私邮照咛捉幼值腞ecvQ中。如果此時(shí)RecvQ隊(duì)列也已經(jīng)被填滿，所有操作都將停止，直到接收端調(diào)用read方法將一些字節(jié)傳輸?shù)綉?yīng)用程序。

當(dāng)Socket的write發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果網(wǎng)線斷開、對(duì)端進(jìn)程崩潰或者對(duì)端機(jī)器重啟動(dòng)，TCP模塊會(huì)重傳數(shù)據(jù)，***超時(shí)而關(guān)閉連接。下次如再調(diào)用write會(huì)導(dǎo)致一個(gè)異常而退出。

Socket寫超時(shí)是基于TCP協(xié)議棧的超時(shí)重傳機(jī)制，一般不需要設(shè)置write的超時(shí)時(shí)間，也沒有提供這種方法。

5、雙重嵌套異常捕獲

如果ServerSocket、Socket構(gòu)造失敗，只需要僅僅捕獲這個(gè)構(gòu)造失敗異常而不需要調(diào)用套接字的close方法來(lái)釋放資源(必須保證構(gòu)造失敗后不會(huì)留下任何需要清除的資源)，因?yàn)檫@時(shí)套接字內(nèi)部資源沒有被成功分配。如果構(gòu)造成功，必須進(jìn)入一個(gè)try finally語(yǔ)句塊里調(diào)用close釋放套接字。請(qǐng)參照下面例子程序。

import java.net.*;  import java.io.*;  public class SocketClientTest  {    public static final int PORT = 8088;    public static void main( String[] args ) throws Exception    {      InetAddress addr = InetAddress.getByName( "127.0.0.1" );      Socket socket = new Socket();      try     {        socket.connect( new InetSocketAddress( addr, PORT ), 30000 );        socket.setSendBufferSize(100);                BufferedWriter out = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter( socket.getOutputStream() ) );        int i = 0;                while( true )        {          System.out.println( "client sent --- hello *** " + i++ );          out.write( "client sent --- hello *** " + i );          out.flush();                    Thread.sleep( 1000 );        }      }      finally     {        socket.close();      }    }  }

import java.io.*;  import java.net.ServerSocket;  import java.net.Socket;  public class SocketServerTest  {    public static final int PORT = 8088;    public static final int BACKLOG = 2;    public static void main( String[] args ) throws IOException    {      ServerSocket server = new ServerSocket( PORT, BACKLOG );      System.out.println("started: " + server);      try     {        Socket socket = server.accept();        try       {          BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader( socket.getInputStream() ) );          String info = null;                    while( ( info = in.readLine() ) != null )          {            System.out.println( info );          }        }        finally       {          socket.close();        }      }      finally     {        server.close();      }    }  }

執(zhí)行上面的程序，在程序運(yùn)行一會(huì)兒之后，斷開client和server之間的網(wǎng)絡(luò)連接，在機(jī)器上輸出如下：

Server上的輸出：

Echoing:client sent -----hello0
Echoing:client sent -----hello1
Echoing:client sent -----hello2
Echoing:client sent -----hello3
Echoing:client sent -----hello4
Echoing:client sent -----hello5
Echoing:client sent -----hello6

---->> 斷開了網(wǎng)絡(luò)連接之后沒有數(shù)據(jù)輸出

Client上的輸出：

socket default timeout = 0
socket = Socket[addr=/10.15.9.99,port=8088,localport=4691]
begin to read
client sent --- hello *** 0
client sent --- hello *** 1
client sent --- hello *** 2
client sent --- hello *** 3
client sent --- hello *** 4
client sent --- hello *** 5
client sent --- hello *** 6
client sent --- hello *** 7
client sent --- hello *** 8 
client sent --- hello *** 9
client sent --- hello *** 10

---->> 斷開網(wǎng)絡(luò)連接后客戶端進(jìn)程掛起

java.net.SocketException : Connection reset by peer: socket write error       at java.net.SocketOutputStream.socketWrite0( Native Method )       at java.net.SocketOutputStream.socketWrite( SocketOutputStream.java:92 )       at java.net.SocketOutputStream.write( SocketOutputStream.java:136 )       at sun.nio.cs.StreamEncoder.writeBytes( StreamEncoder.java:202 )       at sun.nio.cs.StreamEncoder.implFlushBuffer( StreamEncoder.java:272 )       at sun.nio.cs.StreamEncoder.implFlush( StreamEncoder.java:276 )       at sun.nio.cs.StreamEncoder.flush( StreamEncoder.java:122 )       at java.io.OutputStreamWriter.flush( OutputStreamWriter.java:212 )       at java.io.BufferedWriter.flush( BufferedWriter.java:236 )       at com.xtera.view.SocketClientTest.main( SocketClientTest.java:99 )

當(dāng)hello6被發(fā)送到server端后，網(wǎng)絡(luò)連接被斷開，這時(shí)server端不能接收任何數(shù)據(jù)而掛起。client端仍然繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)際上hello7、hello8、hello9、hello10都被復(fù)制到SendQ隊(duì)列中，write方法立即返回。當(dāng)client的SendQ隊(duì)列被填滿之后，write方法就被阻塞。TCP模塊在發(fā)送報(bào)文hello7之后，沒有收到確認(rèn)而超時(shí)重傳，再重傳幾次之后關(guān)閉了TCP連接，同時(shí)導(dǎo)致被阻塞的write方法異常返回。

通過(guò)抓包工具，我們可以看到超時(shí)重傳的報(bào)文。

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