「NIO源碼」JavaNIO源碼 & JNI分析一：linux API介紹詳情 - 後端,網絡,nio 山間小僧博客

最近重温網絡的時候，突然發現，底層就那麼些接口，java肯定也是封裝了底層接口，看過我前面Nio相關的小夥伴肯定知道對這些類有點影響(Buffer,Channel,Selector,SelectionKey)，可是跟底層對應不起來啊，這一篇就透過源碼看一下，大概能幫助你更好的瞭解這幾個類，及底層的實現。偏重個人興趣向整理，如有不適，歡迎吐槽

Linux網絡編程

查閲資料的時候，發現wiki百科講的已經十分好了，我先貼下原文Berkeley套接字，相當完美的描述了Socket相關Api介紹及demo演示，由於，大學學的c語言都快還給老師了，寫個demo已然不太現實，這裏就臭不要臉的套用wiki百科的demo，c語言講解部分，如果有錯誤歡迎指出～～。

下面是精簡版本的linux網絡編程，詳細版可以參考鏈接。

LinuxAPI

socket()

socket() 創建一個新的確定類型的套接字，返回套接字。
- api: int socket(int domain, int type, int protocol);
- 參數:
  - domain: 為創建的套接字指定協議集 eg. IPV4
  - type: socket類型 eg. 流，數據報文
  - protocol: 實際傳輸協議 eg. TCP,UDP
    
    bind()
bind() 為一個套接字分配地址。當使用socket()創建套接字後，只賦予其所使用的協議，並未分配地址。在接受其它主機的連接前，必須先調用bind()為套接字分配一個地址。
- api: int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
- 參數:
  - sockfd:套接字描述符，上面返回的套接字
  - my_addr: 指向sockaddr結構（用於表示所分配地址）的指針
  - addrlen: 用socklen_t字段指定了sockaddr結構的長度
    
    listen()
listen() 當socket和一個地址綁定之後，listen()函數會開始監聽可能的連接請求。然而，這隻能在有可靠數據流保證的時候使用，例如：數據類型(SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET)。
- api:int listen(int sockfd, int backlog);
- 參數:
  - sockfd: 套接字描述符，上面返回的套接字
  - backlog: 完成三次握手、等待accept的全連接的隊列的最大長度上限。

accept()

accept()當應用程序監聽來自其他主機的面對數據流的連接時，通過事件（比如Unix select()系統調用）通知它。必須用 accept()函數初始化連接。 Accept() 為每個連接創立新的套接字並從監聽隊列中移除這個連接。它使用如下參數：
- api:int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
- 參數:
  - sockfd:監聽的套接字描述符
  - cliaddr: 指向sockaddr 結構體的指針，客户機地址信息。
  - addrlen:指向 socklen_t的指針，確定客户機地址結構體的大小。

connect()

connect() 系統調用為一個套接字設置連接，參數有文件描述符和主機地址。鏈接到指定地址
- api:int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
- 參數:
  - sockfd:監聽的套接字描述符
  - serv_addr: 指向sockaddr 結構體的指針，服務器地址信息。
  - addrlen:指向 socklen_t的指針，確定服務器地址結構體的大小。

select()

select():在一段指定的時間內，監聽用户感興趣的文件描述符上可讀、可寫和異常等事件
- api:int select (int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
- 參數:
  - nfds：沒有用，僅僅為與伯克利Socket兼容而提供。
  - readfds：指定一個Socket數組，select檢查該數組中的所有Socket。如果成功返回，則readfds中存放的是符合‘可讀性’條件的數組成員（如緩衝區中有可讀的數據）。
  - writefds：指定一個Socket數組，select檢查該數組中的所有Socket。如果成功返回，則writefds中存放的是符合‘可寫性’條件的數組成員（包括連接成功）。
  - exceptfds：指定一個Socket數組，select檢查該數組中的所有Socket。如果成功返回，則cxceptfds中存放的是符合‘有異常’條件的數組成員（包括連接接失敗）。
  - timeout：指定select執行的最長時間，如果在timeout限定的時間內，readfds、writefds、exceptfds中指定的Socket沒有一個符合要求，就返回0。

poll()

poll()用於檢查套接字的狀態。套接字可以被測試，看是否可以寫入、讀取或是有錯誤。
- api:int poll(struct pollfd * fds , nfds_t nfds , int timeout );
- 參數:
  - fds是pollfd結構體指針
  - nfdsnfds是描述符個數，結構體pollfd數組元素的個數
  - timeout:參數設置為-1時，表示永遠阻塞等待。0表示立即返回，不阻塞。大於0時，表示等待指定數目的毫秒數。

fcntl()

fcntl()打開文件描述符，具體操作由cmd決定
- api:int fcntl(int fd , int cmd , ... /* arg */ );
- 參數
  - fd：文件描述符
  - cmd：操作指令

epoll_create()

epoll_create()在內核中創建epoll實例並返回一個epoll文件描述符。
- api:int epoll_create(int size);
- 參數：
  - size:而現在 size 已經沒有這種語義了，但是調用者調用時 size 依然必須大於 0，以保證後向兼容性。

epoll_ctl()

epoll_ctl()向 epfd 對應的內核epoll 實例添加、修改或刪除對 fd 上事件 event 的監聽。
- api:int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
- 參數
  - epfdepoll結構體
  - opcud對應的事件枚舉
  - fd文件描述符
  - events水平觸發or邊緣觸發

epoll_wait()

epoll_wait()等待其管理的連接上的 IO 事件
- api：int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
- 參數
  - epfdepoll結構體
  - eventsepoll_event結構體指針
  - maxevents最多返回多少事件
  - timeout當 timeout 為 0 時，epoll_wait 永遠會立即返回。而 timeout 為 -1 時，epoll_wait 會一直阻塞直到任一已註冊的事件變為就緒。當 timeout 為一正整數時，epoll 會阻塞直到計時 timeout 毫秒終了或已註冊的事件變為就緒。

send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto()等

用於往/從遠程套接字發送和接受數據

相關api大致如上，如有更精細的可以自行搜索。

demo

BIO

  /* Server code in C */
     
  #include <sys/types.h>
  #include <sys/socket.h>
  #include <netinet/in.h>
  #include <arpa/inet.h>
  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <string.h>
  #include <unistd.h>
  
  int main(void)
  {
    struct sockaddr_in stSockAddr;
    int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
  
    if(-1 == SocketFD)
    {
      perror("can not create socket");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  
    memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
  
    stSockAddr.sin_family = AF_INET;
    stSockAddr.sin_port = htons(1100);
    stSockAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  
    if(-1 == bind(SocketFD,(const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)))
    {
      perror("error bind failed");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  
    if(-1 == listen(SocketFD, 10))
    {
      perror("error listen failed");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  
    for(;;)
    {
      int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);
  
      if(0 > ConnectFD)
      {
        perror("error accept failed");
        close(SocketFD);
        exit(EXIT_FAILURE);
      }
  
     /* perform read write operations ... */
  
      shutdown(ConnectFD, SHUT_RDWR);
  
      close(ConnectFD);
    }

    close(SocketFD);
    return 0;
  }

 /* Client code in C */

  #include <sys/types.h>
  #include <sys/socket.h>
  #include <netinet/in.h>
  #include <arpa/inet.h>
  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <string.h>
  #include <unistd.h>
  
  int main(void)
  {
    struct sockaddr_in stSockAddr;
    int Res;
    int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
  
    if (-1 == SocketFD)
    {
      perror("cannot create socket");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  
    memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
  
    stSockAddr.sin_family = AF_INET;
    stSockAddr.sin_port = htons(1100);
    Res = inet_pton(AF_INET, "192.168.1.3", &stSockAddr.sin_addr);
  
    if (0 > Res)
    {
      perror("error: first parameter is not a valid address family");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else if (0 == Res)
    {
      perror("char string (second parameter does not contain valid ipaddress");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (-1 == connect(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)))
    {
      perror("connect failed");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
  
    /* perform read write operations ... */
  
    shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);
  
    close(SocketFD);
    return 0;
  }

NIO

#include<stdio.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<unistd.h>
#include<ctype.h>
#define MAXLEN 1024
#define SERV_PORT 8000
#define MAX_OPEN_FD 1024

int main(int argc,char *argv[])
{
    int  listenfd,connfd,efd,ret;
    char buf[MAXLEN];
    struct sockaddr_in cliaddr,servaddr;
    socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
    struct epoll_event tep,ep[MAX_OPEN_FD];

    listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
    listen(listenfd,20);
    // 創建一個epoll fd
    efd = epoll_create(MAX_OPEN_FD);
    tep.events = EPOLLIN;tep.data.fd = listenfd;
    // 把監聽socket 先添加到efd中
    ret = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&tep);
    // 循環等待
    for (;;)
    {
        // 返回已就緒的epoll_event,-1表示阻塞,沒有就緒的epoll_event,將一直等待
        size_t nready = epoll_wait(efd,ep,MAX_OPEN_FD,-1);
        for (int i = 0; i < nready; ++i)
        {
            // 如果是新的連接,需要把新的socket添加到efd中
            if (ep[i].data.fd == listenfd )
            {
                connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&clilen);
                tep.events = EPOLLIN;
                tep.data.fd = connfd;
                ret = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&tep);
            }
            // 否則,讀取數據
            else
            {
                connfd = ep[i].data.fd;
                int bytes = read(connfd,buf,MAXLEN);
                // 客户端關閉連接
                if (bytes == 0){
                    ret =epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_DEL,connfd,NULL);
                    close(connfd);
                    printf("client[%d] closed\n", i);
                }
                else
                {
                    for (int j = 0; j < bytes; ++j)
                    {
                        buf[j] = toupper(buf[j]);
                    }
                    // 向客户端發送數據
                    write(connfd,buf,bytes);
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

極度精簡版本

nio已經很精簡了就不多廢話了

server

 int main(void)
  {
    struct sockaddr_in stSockAddr;
    //創建套接字
    int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    //結構體初始化
    memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    stSockAddr.sin_family = AF_INET;
    stSockAddr.sin_port = htons(1100);
    stSockAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    //綁定地址
    bind(SocketFD,(const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in));
    //監聽請求
    listen(SocketFD, 10);
    //接受請求
    int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);

    //do something
    //關閉
    close(ConnectFD);
    //關閉
    close(SocketFD);
    return 0;
  }

client

  int main(void)
  {
    struct sockaddr_in stSockAddr;
    int Res;
    int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
  
    stSockAddr.sin_family = AF_INET;
    stSockAddr.sin_port = htons(1100);
    //IP地址轉換
    Res = inet_pton(AF_INET, "192.168.1.3", &stSockAddr.sin_addr);
    //連接地址
    connect(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in))
    shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);
  
    close(SocketFD);
    return 0;
  }

參考文章

Berkeley套接字:https://zh.wikipedia.org/wiki...

epoll:https://zh.wikipedia.org/wiki...

linux文檔:https://man7.org/linux/man-pa...

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