面试总结（一）-网络 & IO

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网络基础知识

TCP 连接

客户端与服务器之间数据的发送和返回的过程当中需要创建一个叫TCP connection的东西；

由于TCP不存在连接的概念，只存在请求和响应，请求和响应都是数据包，它们之间都是经过由TCP创建的一个从客户端发起，服务器接收的类似连接的通道，这个连接可以一直保持，http请求是在这个连接的基础上发送的；

在一个TCP连接上是可以发送多个http请求的，不同的版本这个模式不一样。

在HTTP/1.0中这个TCP连接是在http请求创建的时候同步创建的，http请求发送到服务器端，服务器端响应了之后，这个TCP连接就关闭了；

HTTP/1.1中可以以某种方式声明这个连接一直保持，一个请求传输完之后，另一个请求可以接着传输。这样的好处是：在创建一个TCP连接的过程中需要“三次握手”的消耗，“三次握手”代表有三次网络传输，如果TCP连接保持，第二个请求发送就没有这“三次握手”的消耗。

HTTP/2.0中同一个TCP连接里还可以并发地传输http请求。

重要字段：

  1. 序号（sequence number）: seq 序号，占 32 位，用来标识从 TCP 源端到目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
  2. 确认号（acknowledgement number）: ack 序号，占 32 位，只有 ACK 标志位为 1 时，确认序号字段才有效， ack = seq + 1。
  3. 标志位（flags）: 共 6 个，即 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 等。其值要么是 1， 要么是 0。具体含义如下：
  • URG: 紧急指针（urgent pointer）有效。
  • ACK: 确认序号有效。
  • PSH: 接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
  • RST: 重置连接。
  • SYN: 发起一个新连接。
  • FIN: 释放一个连接。
TCP 三次握手

  1. 主动打开连接的客户端结束CLOSED阶段，发送一段 TCP 报文，（SYN = 1, seq = x ）(x 一般为 1)。随后客户端进入 SYN-SEND 阶段。
  2. 服务端接收到来自客户端的报文，结束 LISTEN 阶段，并返回一段报文（SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack = x + 1），随后服务器进入 SYN-RCVD 阶段。
  3. 客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的 TCP 报文后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束了 SYN-SEND 阶段。并返回一段 TCP 报文，（ACK = 1, seq = x + 1, ack = y + 1）。随后客户端进入 ESTABLISHED 阶段。
  4. 服务端收到来自服务端的确认收到服务器数据的 TCP 报文后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束 SYN-RCVD 阶段，进入 ESTABLISHED 阶段。
  5. 此后客户端和服务器端进行正常的数据传输。
TCP 四次挥手

  1. 客户端想要释放连接，向服务端发送一段报文，（FIN = 1, seq = u），随后客户端进入 FIN-WAIT-1 阶段，即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据，但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。
  2. 服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束ESTABLISHED阶段，进入CLOSE-WAIT阶段（半关闭状态）并返回一段TCP报文，（ACK = 1, seq = v, ack = u + 1）。随后服务端开始准备释放服务端到客户端方向上的连接。客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后，确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求，随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段，进入FIN-WAIT-2阶段。
  3. 服务器端自从发送 ACK 确认报文后，经过 CLOSED-WAIT 阶段，做好了释放服务器到客户端方向上的连接准备。再次向客户端发出一段 TCP 报文，（FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack = u + 1）。随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段，进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据，但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。
  4. 客户端收到从服务器端发出的TCP报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束FIN-WAIT-2阶段，进入TIME-WAIT阶段，并向服务器端发送一段报文，（ACK = 1, seq = u + 1, ack = w + 1）。随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL。服务器端收到从客户端发出的TCP报文之后结束LAST-ACK阶段，进入CLOSED阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。客户端等待完2MSL之后，结束TIME-WAIT阶段，进入CLOSED阶段，由此完成“四次挥手”。

TCP 与 UDP

  1. TCP 和 UDP 都属于网络传输层的协议。
  2. TCP 面向连接，在数据传输前需经过三次握手建立连接，在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，通过四次挥手断开连接用来节约系统资源；UDP 面向无连接，发送数据之前不需要建立连接。UDP 没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低。
  3. TCP 提供可靠的服务。通过 TCP 连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达；UDP 尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
  4. TCP 面向字节流，实际上是 TCP 把数据看成一连串无结构的字节流；UDP 是面向报文的。
  5. TCP 连接只能是点到点的；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。

IO 机制

IO 指的是 Input/Output,也就是输入和输出。由于程序和运行时数据是在内存中驻留，由 CPU 这个超快的计算核心来执行，涉及到数据交换的地方，通常是磁盘、网络等，就需要 IO 接口。

BIO

BIO 即 Blocking I/O，属于同步阻塞 I/O 模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。
BIO 以流的形式处理数据。其中包括了输入流和输出流。Java IO 提供的输出流有字符输出流（Writer) 和字节输出流（OutputStream)。输入流有字符输入流（Reader）和字节输入流（InputStream）。java 中操作流的实现都是基于这四个接口类实现。

NIO

NIO 即 Non-Blocking I/O，属于同步非阻塞 I/O 模式，支持多路复用。在数据的读取写入过程中，不需要阻塞获取数据读取写入结果，通过轮询获取数据读取写入结果。
NIO 以数据块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。java 中提供了 Channels、Selectors、Buffers等。

  • channels 类似于流的形式，数据可以从 channel 中写入 buffer 中，也可以从 buffer中写入 channel 中。
  • buffers 读取的数据块缓存。
  • selector 选择器，可在一个线程中通过 selector 操作多个 channel。

AIO

AIO 即 Asynchronous Non-Blocking I/O，属于异步非阻塞 I/O 模式，获取数据读取写入结果 java 提供了两种方式。

  1. 基于回调：实现 CompletionHandler 接口，调用时触发回调函数。
  2. 返回 Future：通过 isDone() 查看是否准备好，通过 get() 等待返回数据。

序列化与反序列化

  • 序列化就是一种用来处理对象流的机制，所谓对象流也就是将对象的内容进行流化（将对象转换成二进制）。可以对流化后的对象进行读写操作，也可将流化后的对象传输于网络之间。序列化是为了解决在对对象流进行读写操作时所引发的问题。对象的序列化主要有两种用途：（1）把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中；（2）在网络上传送对象的字节序列。

  • 反序列化就是把字节序列恢复为Java对象的过程。