套接字接口

本文介绍了套接字接口，并通过一个示例Java程序展示了应用程序如何调用操作系统套接字接口进行网络通信。

Network socket

在操作系统中，通常会为应用程序提供一组应用程序接口（API），称为套接字接口（英语：socket API）。应用程序可以通过套接字接口，来使用网络套接字，以进行数据交换。最早的套接字接口来自于4.2 BSD，因此现代常见的套接字接口大多源自Berkeley套接字（Berkeley sockets）标准。在套接字接口中，以IP地址及端口组成套接字地址（socket address）。远程的套接字地址，以及本地的套接字地址完成连线后，再加上使用的协议（protocol），这个五元组（five-element tuple），作为套接字对（socket pairs），之后就可以彼此交换数据。例如，在同一台计算机上，TCP协议与UDP协议可以同时使用相同的port而互不干扰。 操作系统根据套接字地址，可以决定应该将数据送达特定的行程或线程。——维基百科

从Linux内核角度，socket是通信的一个端点，从Linux程序的角度看，socket是一个有相应描述符的打开文件。

Java程序中的网络通信是如何与内核交互的？

我们先来看一段简单的Java程序，功能很简单，在8888端口启动监听并把客户端发送的数据打印出来

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import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TestSocket {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        Socket client = server.accept();
        BufferedReader buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
        System.out.println(buf.readLine());
    }
}

在Linux上使用strace跟踪程序运行中发生的系统调用，

strace - trace system calls and signals

-f 同时监控fork出来的线程

-t 打印时间

-e network 只打印网络相关的系统调用

1、sudo strace -ft -e network java TestSocket

演示程序启动后分别调用了 socket -> bind -> listen

2、新开一个终端，执行nc localhost 8888

服务端启动后阻塞在accept中，直至和客户端建立连接

3、客户端发送hahaha，服务端打印出内容

如果查看相应pid下的文件描述符，也能看到相应的socket

也就是说，我们的应用程序要进行网络通信，都是通过系统的socket interface调用。