深入解析：Socket通信原理及其在编程中的应用

什么是java socket

事实上网络编程简单的理解就是两台计算机相互通讯数据而已，对于程序员而言，去掌握一种编程接口并使用一种编程模型相对就会显得简单的多了，Java SDK提供一些相对简单的Api来完成这些工作。Socket就是其中之一，对于Java而言，这些Api存在与java.net 这个包里面，因此只要导入这个包就可以准备网络编程了。

网络编程的基本模型就是客户机到服务器模型，简单的说就是两个进程之间相互通讯，然后其中一个必须提供一个固定的位置，而另一个则只需要知道这个固定的位置。并去建立两者之间的联系，然后完成数据的通讯就可以了，这里提供固定位置的通常称为服务器，而建立联系的通常叫做客户端，基于这个简单的模型，就可以进入网络编程啦。

Java对这个模型的支持有很多种Api，而这里我只想介绍有关Socket的编程接口，对于Java而言已经简化了Socket的编程接口。首先我们来讨论有关提供固定位置的服务方是如何建立的。Java提供了ServerSocket来对其进行支持.事实上当你创建该类的一个实力对象并提供一个端口资源你就建立了一个固定位置可以让其他计算机来访问你，ServerSocket server=new ServerSocket(6789);这里稍微要注意的是端口的分配必须是唯一的。因为端口是为了唯一标识每台计算机唯一服务的，另外端口号是从0~65535之间的，前1024个端口已经被Tcp/Ip 作为保留端口，因此你所分配的端口只能是1024个之后的。好了，我们有了固定位置.现在所需要的就是一根连接线了.该连接线由客户方首先提出要求。因此Java同样提供了一个Socket对象来对其进行支持，只要客户方创建一个Socket的实例对象进行支持就可以了。Socket client

=new Socket(InetAddress.getLocalHost(),5678);客户机必须知道有关服务器的IP地址，对于着一点Java也提供了一个相关的类InetAddress 该对象的实例必须通过它的静态方法来提供，它的静态方法主要提供了得到本机IP 和通过名字或IP直接得到InetAddress的方法。

上面的方法基本可以建立一条连线让两台计算机相互交流了，可是数据是如何传输的呢？事实上I/O操作总是和网络编程息息相关的。因为底层的网络是继续数据的，除非远程调用，处理问题的核心在执行上，否则数据的交互还是依赖于IO操作的，所以你也必须导入java.io这个包.java的IO操作也不复杂，它提供了针对于字节流和Unicode的读者和写者，然后也提供了一个缓冲用于数据的读写。

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socket 到底是个啥

深入解析socket的真正含义，揭开其神秘面纱。在面试中，socket通常被解读为套接字，用于连接不同主机程序间的网络通信。其实，我们可以用更加直观的方式来理解socket。

想象一下给手机充电的情景，充电插头插入电源插座，插座与插头建立了连接。在计算机世界中，socket连接的是两台电脑中的进程，如微信进程之间的数据传输。在建立连接时，两台电脑分别使用socket方法，得到一个fd句柄，即socket的“身份证号”。

socket的使用场景广泛，比如从一台电脑的进程向另一台电脑的进程传输数据。在实际操作中，每台电脑的进程通过socket连接后，都会获得一个fd句柄，这是实现数据传输的关键。

首先，让我们了解一下socket的底层设计。socket负责网络传输功能，连接不同主机进程。如果你需要设计一个网络传输功能，从定位到通信，一系列步骤至关重要。

定位问题：通过ip地址找到目标服务器，就像找到梦中情机。端口号port则是区分同一服务器上不同进程的门牌号。ip+port组合，让你在互联网中精准定位目标。

在设计网络传输功能时，定义了包含ip和port的sock数据结构。在Linux中，如CentOS 7，系统提供sock结构体，用于封装ip和port信息。

解决定位问题后，考虑网络协议选择。TCP或UDP，不同的协议适用于不同的通信场景。TCP提供可靠数据传输，UDP则更为灵活。在实现时，需要定义数据结构来管理网络协议和场景。

为复用功能，将协议中相似方法通过“继承”方式进行抽象，定义通用sock数据结构，如inet_connection_sock、udp_sock等。这些数据结构在内核中实现，用户态程序则通过接口调用与之交互。

为了让用户态程序能够操作内核中的网络功能，将数据结构封装成文件，并提供接口。用户态程序通过创建文件句柄（socket fd）来操作内核中的sock。socket fd是一个int类型数字，结合ip和port，形成了网络连接的数字标识。

总结而言，socket是实现网络传输功能的关键接口层，连接内核态与用户态。它不仅简化了复杂的网络操作，还提供了多种应用场景的适应性。通过深入理解socket的机制，可以更高效地实现网络通信功能。

常见端口号及TCP UDP 详解

深入解析：TCP与UDP端口号与协议特性详解

在数据通信的传输层，Socket接口通过端口号为应用程序提供网络数据传输的桥梁。熟知的端口号范围从1到1023，这部分是知名端口，用于常用服务如HTTP（默认80/TCP）和FTP（21/TCP）。1024至49151是注册端口，专为特定应用预留，而49152至65535则是私有端口，用于内部网络中的服务通信，由IANA进行管理和维护。

面向连接的可靠传输：TCP

TCP（传输控制协议，IP协议号6）是为确保高可靠性的通信而设计的，其报文头部初始长度为20字节。TCP发展过程中，历经RFC 761, 793, 9293等标准变迁，如添加了CWR和ECE标志，进一步优化了报文格式。TCP报头结构复杂，包含32位，包括源/目的端口、序列号/确认号、控制标志、窗口大小、校验和与紧急指针等，确保数据传输的准确性和完整性。

从TCP连接建立的三次握手过程看，客户端首先发送SYN（同步），服务端回应SYN+ACK，然后客户端确认ACK。例如，如图02-05所示的TCP SYN报文，IP地址为192.168.1.2->104.20.0.85，序列号为0，标志为SYN和最大窗口大小65535。三次交互最终确保连接建立，其间客户端完成数据访问后，通过FIN报文发起断开请求，服务端回应ACK，进入TIME_WAIT状态，等待MSL后关闭。

无连接的高效传输：UDP

与TCP相反，UDP（用户数据报协议，IP号17）是无连接的，适用于对时延敏感或带宽需求高的场景，如在线游戏和实时视频传输。UDP报头简洁，仅包含源端口、目的端口、长度和可选的校验和，如图中的UDP报头示例，192.168.1.2发往163.177.69.40，源端口1028，目的端口8000，固定长度178字节，校验和为0x627f，数据部分则为170字节。

多宿主多流的新兴选择：SCTP

SCTP（流控制传输协议，IP号132）源自RFC 2960，专为多宿主机和多流通信设计，具有抗DoS特性，但因其应用相对较少，目前普及度不高。如需深入了解，可参考《数据通信网络实践》一书。

无论是TCP的严谨连接还是UDP的高效传输，每个协议都在其适用场景中发挥关键作用，掌握它们的端口号和工作原理，将有助于网络通信的高效和稳定。

服务器通信模型(一): socket编程中accept函数的深层探究

本文将深入探讨服务器通信模型中的关键函数accept在socket编程中的作用。首先，通过回顾socket编程基础，理解TCP客户端的基本工作流程，并通过Python示例来演示accept函数的工作原理。在服务器端，原始socket（s）调用accept生成新的socket（ns），ns负责后续的消息收发，而s则负责监听和连接的管理。

通过Python代码和netstat命令观察，ns和s的文件描述符不同，代表了不同的功能。s处于LISTENING状态，等待连接，而ns处于ESTABLISHED状态，用于实际的通信。ns的“外部地址”反映了它与特定客户端的连接，而非整个互联网。

重要的是，s不能进行消息收发或连接其他服务器，因为它的状态不允许。ns也不能通过bind和listen创建新的socket，因为这与它的功能不符。ns使用的是独立的端口，避免了端口资源的浪费和防火墙问题。

总结来说，accept函数是socket编程中的关键环节，它确保了服务器的高效连接管理和数据交换。后续文章将探讨更复杂的通信模型，如Reactor和Proactor模式，以及Linux的IO多路复用模型，如Select、Poll、Epoll，以及Netty和Redis的网络通信模型。

参考文章: socket的accept函数解析以及服务器和多个客户端的端口问题

系列文章：

服务器通信模型(一): socket编程中accept函数的深层探究

服务器通信模型(二): Reactor与Proactor 模式

服务器通信模型(三): Linux的IO多路复用模型——Select、Poll、Epoll

服务器通信模型(四): Netty线程模型及其模拟实现

服务器通信模型(五): Redis的网络通信模型

计算机网络知识点总结（三）Socket基本函数详解，C++ Socket入门实战

在前文里，我们概述了Socket的基本概念，并通过实例简要介绍了客户端和服务端的交互方式。

本文将深入解析Socket的基本函数，并通过一个聊天室的例子来演示其实际应用。首先，我们来了解Socket数据结构和相关系统头文件的区别，如Linux和Windows下的设置。

创建Socket时，三个关键参数需关注：domain（协议族，如AF_INET、AF_INET6）、type（流式或数据报类型）和protocol（指定的协议）。例如，AF_INET用于IPv4，SOCK_STREAM用于TCP连接，而SOCK_DGRAM则对应UDP。

bind()函数用于将特定地址绑定到套接字，例如AF_INET会绑定一个IPv4地址和端口。bind()函数接收socket描述符和要绑定的地址结构体，如IPv4的sockaddr_in或IPv6的sockaddr_in6。

服务端通过listen()函数进入监听状态，等待客户端的连接请求。而客户端则通过connect()发起连接。accept()函数在服务端接收并处理连接请求，返回已连接的套接字。

TCP的三次握手确保了连接的建立。客户端发送SYN，服务器回应SYN/ACK，客户端再发送ACK，完成连接。半关闭机制允许数据双向传输，直至双方都结束发送。

Linux和Windows下的发送与接收信息函数有所不同，但基本原理相似，涉及套接字描述符、缓冲区和数据长度。而关闭连接时，调用close()函数，意味着向对方发送EOF。

接下来是一段用于演示客户端向服务端发送信息的C++代码片段，注意在实际运行时需要先启动服务端再启动客户端。更多信息可参考后续章节，如实现并发聊天室程序或并发TCP服务器的C++代码示例。

Python中两种网络编程方式：Socket和HTTP协议

本文深入探讨了Python中的网络编程，主要分为两种方式：Socket编程与基于HTTP协议的网络编程。以下为详细解析：

1. Socket编程介绍：Socket是实现网络通信的基本组件，Python提供socket模块简化了Socket编程。以下是一个简单的Socket服务器与客户端实例：

运行示例代码，即可搭建基本的Socket服务器，实现客户端与服务器间的数据传输。

2. HTTP协议实践：HTTP是一种用于传输超媒体文档的应用层协议。Python中常用的库是requests，以下为HTTP GET请求示例：

通过requests.get()函数发送HTTP GET请求，获取响应的状态码与内容。

3. Socket网络通信应用：Socket编程适用于构建各种网络应用，如即时通讯、文件传输等。以下为简单Socket聊天程序示例：

运行代码实现基于Socket的聊天程序，客户端与服务器间能互发消息。

4. HTTP协议网络通信：HTTP协议在Web开发和API交互中广泛使用。requests库提供HTTP请求与响应处理功能，以下为HTTP POST请求示例：

使用requests发送HTTP POST请求，并获取服务器响应。

5. Socket多线程网络通信：实际应用中，处理多客户端连接请求时，多线程能提高并发处理能力。Python的threading模块实现多线程网络通信，以下为示例：

通过创建新线程处理每个客户端连接，实现多客户端请求的并发处理。

6. HTTP多线程网络通信：基于HTTP协议的多线程网络通信也常见于Web应用中，以下为示例：

使用多线程处理HTTP连接请求，提高服务器并发处理能力。

总结，Python提供丰富的网络编程工具，如socket与requests库。Socket编程适用于定制化通信需求，HTTP协议则方便Web应用与API交互。通过本文学习，了解如何在不同场景下运用Python网络编程技术，助力项目开发。

一文看尽socket通信的读写函数

深入探索socket通信的读写函数，理解其原理与应用场景，是深入网络编程的关键。一旦服务器与客户端建立连接，通过网络I/O进行读写操作便成为可能，实现不同进程之间的通信。网络I/O操作包含了如recvmsg()/sendmsg()、read()、write()等一组函数。

推荐使用recvmsg()/sendmsg()，它们提供了最通用的I/O功能，实际上能取代read()、write()等其他函数。

read()函数用于从文件描述符中读取数据，若读取过程中发生中断则返回EINTR错误，遇到网络连接问题则返回ECONNREST错误。

write()函数则负责将数据写入指定的文件描述符，成功后返回写入的字节数，失败则返回-1并设置errno变量。在网络通信中，向套接字文件描述符写入数据时有两种情况：成功写入部分或全部数据时返回值大于0；如果返回值小于0，则表示出现错误，如EINTR中断错误或EPIPE网络连接问题。

sendmsg()函数用于将数据从指定socket传输给对方主机，接收端则通过recvmsg()接收数据。这些函数通过结构体msghdr和iovec进行参数解析，msg_control结构用于控制信息。

在实际应用中，通过套接字sock[1]发送数据至本地主机，套接字sock[0]接收发送的数据。bzero()函数用于清零内存块，其参数s指针指向需要清零的内存区域。

当读写操作不在同一进程时，推荐使用send()、recv()等函数进行数据传输。sendto()和recvfrom()函数则针对UDP协议，用于指定目标地址的数据发送和接收，与TCP协议的send()和recv()有明显的区别。

发送端使用sendto()函数发送数据至特定地址，接收端则使用recvfrom()接收来自指定地址的数据。这两个函数都支持指定目标网络地址，适用于UDP协议的无连接特性。

总结，socket通信中的读写函数是实现网络通信的关键，理解它们的工作原理与应用场景有助于提高网络编程效率。推荐使用recvmsg()/sendmsg()等通用函数，以简化复杂操作。通过实际练习，如传递数据的实战演练，可以加深对这些函数的理解与应用。

paho.mqtt.c源码解析——socket（1）

在解析MQTT协议的C语言实现库paho.mqtt.c的源码时，我们首先关注到数据结构体这一关键元素。该库使用了两个重要的结构体：MQTT包和Sockets结构体，它们在数据传输和连接管理中扮演着核心角色。

在MQTT包结构体中，定义了一个描述写缓冲区的实体，由内存块及其长度以及掩码组成，这使得MQTT协议能够高效地管理数据的发送与接收。

Sockets结构体则包含两个链表，分别用于维护连接等待和写入等待的套接字。connect_pending链表用于存储正在尝试连接但尚未完成连接的套接字，而write_pending链表则用于保存需要写入数据但因缓冲区已满等原因而暂时无法完成写操作的套接字。这种设计允许程序以异步方式高效地处理网络事件，特别是在非阻塞套接字的网络编程中，可以周期性地或基于事件触发的方式检查这些链表，以确定连接是否已成功建立或写入是否可行。

在Sockets结构体中，还定义了nfds、fds_read、fds_write以及saved结构体。nfds表示需要轮询的文件描述符数量，而fds_read和fds_write用于存储读取和写入文件描述符的信息。saved结构体则可能用于保存当前轮询状态的信息，以便后续恢复到之前的状态。

在Socket函数部分，初始化函数主要负责初始化Sockets结构体，并在Windows平台下使用WSAStartup函数初始化Winsock库。终止函数用于释放相关资源，包括连接等待和写入等待的链表、客户端套接字链表以及Winsock库。Socket是否准备就绪的函数则检查套接字是否准备好进行读写操作，并从连接等待列表中移除已完成连接的套接字。获取已就绪的socket函数则利用poll函数对socket列表进行轮询，以确定哪个套接字可以执行读或写操作。

为了深入理解这些函数的内部工作原理，后续的文章将详细解析MQTT socket相关的源码，以提供更全面的实现细节和使用指南。对于Windows下的paho.mqtt安装教程（C/C++），相关文章将提供详细的安装步骤和配置说明，帮助开发者快速上手并充分利用paho.mqtt.c库的功能。

深入操作系统，一文搞懂Socket到底是什么

深入操作系统，一文搞懂Socket到底是什么

引言：初学者在学习网络编程中的Socket概念时常感到迷茫。本文旨在以通俗易懂的方式，从操作系统内核实现角度，解析Socket的原理，帮助大家理解。

初识Socket：想象插头插入插座的场景，Socket一词来源于此。与之相似，Socket在编程中用于连接，建立连接的过程就像是插头插入插座。初步概念已明晰，让我们从熟悉的使用场景开始深入了解。

Socket典型使用场景：数据传输从一台电脑的进程到另一台电脑的进程时，选择可靠TCP协议或不关心数据丢失的UDP协议。初学者通常首选TCP。创建TCP Socket、执行bind()、listen()、accept()等操作，客户端发起connect()建立连接。连接建立后，进行消息的发送与接收。

Socket设计与内核实现：重新设计内核网络传输功能，构建数据结构sock支持读写收发。加入IP和端口字段，不同协议通过继承sock实现复用功能。定义inet_sock、inet_connection_sock、tcp_sock等结构支持网络传输，与硬件网卡对接实现功能。

提供Socket层：内核实现网络传输功能，用户空间应用程序通过Socket接口调用，实现发送接收数据。将内核sock封装为文件系统中的文件，用户通过socket_fd句柄操作内核功能。Socket层提供send()、recv()等接口方法，简化网络编程。

总结：操作系统内核实现网络传输功能通过sock结构，根据不同协议和场景泛化为xx_sock。将sock嵌入文件系统，形成特殊文件，用户通过socket_fd句柄操作内核功能。Socket层封装接口，提供网络传输能力。Socket在编程中被视为连接数字，理解其作为一套用于连接的概念，非常合理。