Socket常规用法详解：从TCP/UDP基础到多路复用进阶

一、TCP通信流程

服务端实现步骤

1. 创建Socket：int socket(int domain, int type, int protocol)

   // Java示例
   ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();

2. 绑定地址：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)

   serverSocket.bind(new InetSocketAddress("0.0.0.0", 8080));

3. 监听连接：int listen(int sockfd, int backlog)

   serverSocket.listen(50); // 设置等待队列长度为50

4. 接受连接：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)

   Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待客户端连接

5. 数据读写：

   // 读取数据
   InputStream in = clientSocket.getInputStream();
   // 写入数据
   OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();

6. 关闭连接：

   clientSocket.close();
   serverSocket.close();

客户端实现步骤

1. 创建Socket：

   Socket socket = new Socket();

2. 连接服务器：

   socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));

3. 数据读写：（同服务端）

4. 关闭连接：

   socket.close();

TCP通信流程图

实践建议：

• 服务端建议使用线程池处理多个客户端连接
• 设置合理的SO_RCVBUF/SO_SNDBUF缓冲区大小（通常8K-64K）
• 使用try-with-resources确保Socket正确关闭

二、UDP通信流程

无连接模式特点

• 无需建立连接，直接发送数据报
• 每个数据包独立路由，可能乱序到达
• 适合实时性要求高、允许丢包的场景

核心API使用

// 服务端
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(8080);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
serverSocket.receive(packet); // 阻塞接收

// 客户端
DatagramSocket clientSocket = new DatagramSocket();
byte[] data = "Hello".getBytes();
DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(
    data, data.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 8080);
clientSocket.send(sendPacket);

地址复用关键设置

// 允许地址复用（多个进程绑定相同端口）
socket.setReuseAddress(true);
// 对于多播需要设置TTL
socket.setTimeToLive(1);

实践建议：

• UDP单次传输建议控制在1472字节以内（MTU 1500 - IP头20 - UDP头8）
• 应用层需要实现重传和排序机制
• 使用connect()方法可关联默认目标地址

三、多路复用技术

select/poll模型

// select示例
fd_set readfds;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(sockfd, &readfds);
select(sockfd+1, &readfds, NULL, NULL, NULL);

特点：

• 线性扫描文件描述符集合
• 最大支持1024个连接（select）
• 跨平台兼容性好

epoll/kqueue模型

// Java NIO示例
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (true) {
    selector.select(); // 阻塞
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
    for (SelectionKey key : keys) {
        if (key.isAcceptable()) {
            // 处理新连接
        }
    }
}

优势对比：

实践建议：

• Linux平台优先选择epoll
• 高并发场景使用ET模式+非阻塞IO
• 配合内存池减少GC压力

四、非阻塞IO实现要点

1. 设置非阻塞模式：

   channel.configureBlocking(false);

2. 处理不完整读写：

   while (buffer.hasRemaining()) {
       channel.write(buffer); // 可能只写入部分数据
   }

3. 结合状态机设计：

最佳实践：

• 每个连接维护独立的上下文
• 使用ByteBuffer池避免频繁分配
• 合理设置超时时间（SO_TIMEOUT）

通过掌握这些核心用法，开发者可以构建从简单到复杂的不同网络应用。实际项目中建议结合Netty等成熟框架，避免重复造轮子。