WebSocket协议5分钟从入门到精通

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一、内容概览

WebSocket的出现,使得浏览器具备了实时双向通信的能力。本文由浅入深,介绍了WebSocket如何建立连接、交换数据的细节,以及数据帧的格式。此外,还简要介绍了针对WebSocket的安全攻击,以及协议是如何抵御类似攻击的。

二、什么是WebSocket

HTML5开始提供的一种浏览器与服务器进行全双工通讯的网络技术,属于应用层协议。它基于TCP传输协议,并复用HTTP的握手通道。

对大部分web开发者来说,上面这段描述有点枯燥,其实只要记住几点:

  1. WebSocket可以在浏览器里使用
  2. 支持双向通信
  3. 使用很简单

1、有哪些优点

说到优点,这里的对比参照物是HTTP协议,概括地说就是:支持双向通信,更灵活,更高效,可扩展性更好。

  1. 支持双向通信,实时性更强。
  2. 更好的二进制支持。
  3. 较少的控制开销。连接创建后,ws客户端、服务端进行数据交换时,协议控制的数据包头部较小。在不包含头部的情况下,服务端到客户端的包头只有2~10字节(取决于数据包长度),客户端到服务端的的话,需要加上额外的4字节的掩码。而HTTP协议每次通信都需要携带完整的头部。
  4. 支持扩展。ws协议定义了扩展,用户可以扩展协议,或者实现自定义的子协议。(比如支持自定义压缩算法等)

对于后面两点,没有研究过WebSocket协议规范的同学可能理解起来不够直观,但不影响对WebSocket的学习和使用。

2、需要学习哪些东西

对网络应用层协议的学习来说,最重要的往往就是连接建立过程数据交换教程。当然,数据的格式是逃不掉的,因为它直接决定了协议本身的能力。好的数据格式能让协议更高效、扩展性更好。

下文主要围绕下面几点展开:

  1. 如何建立连接
  2. 如何交换数据
  3. 数据帧格式
  4. 如何维持连接

三、入门例子

在正式介绍协议细节前,先来看一个简单的例子,有个直观感受。例子包括了WebSocket服务端、WebSocket客户端(网页端)。完整代码可以在 这里 找到。

这里服务端用了ws这个库。相比大家熟悉的socket.iows实现更轻量,更适合学习的目的。

1、服务端

代码如下,监听8080端口。当有新的连接请求到达时,打印日志,同时向客户端发送消息。当收到到来自客户端的消息时,同样打印日志。

var
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WebSocket教程

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作者: 阮一峰

日期: 2017年5月15日

本文介绍 WebSocket 协议的使用方法。

一、为什么需要 WebSocket?

初次接触 WebSocket 的人,都会问同样的问题:我们已经有了 HTTP 协议,为什么还需要另一个协议?它能带来什么好处?

答案很简单,因为 HTTP 协议有一个缺陷:通信只能由客户端发起。

举例来说,我们想了解今天的天气,只能是客户端向服务器发出请求,服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。

这种单向请求的特点,注定了如果服务器有连续的状态变化,客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用”轮询”:每隔一段时候,就发出一个询问,了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

轮询的效率低,非常浪费资源(因为必须不停连接,或者 HTTP 连接始终打开)。因此,工程师们一直在思考,有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。

二、简介

WebSocket 协议在2008年诞生,2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。

它的最大特点就是,服务器可以主动向客户端推送信息,客户端也可以主动向服务器发送信息,是真正的双向平等对话,属于服务器推送技术的一种。

其他特点包括:

(1)建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。

(2)与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443,并且握手阶段采用 HTTP 协议,因此握手时不容易屏蔽,能通过各种 HTTP

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Java并发编程Synchronized底层优化(偏向锁、轻量级锁)

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一、重量级锁

  上篇文章中向大家介绍了Synchronized的用法及其实现的原理。现在我们应该知道,Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁(monitor)来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态,这个成本非常高,状态之间的转换需要相对比较长的时间,这就是为什么Synchronized效率低的原因。因此,这种依赖于操作系统Mutex Lock所实现的锁我们称之为“重量级锁”。JDK中对Synchronized做的种种优化,其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。JDK1.6以后,为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗,提高性能,引入了“轻量级锁”和“偏向锁”。

二、轻量级锁 

锁的状态总共有四种:无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争,锁可以从偏向锁升级到轻量级锁,再升级的重量级锁(但是锁的升级是单向的,也就是说只能从低到高升级,不会出现锁的降级)。JDK 1.6中默认是开启偏向锁和轻量级锁的,我们也可以通过-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁。锁的状态保存在对象的头文件中,以32位的JDK为例:

锁状态

25 bit

4bit

1bit 2bit
23bit 2bit 是否是偏向锁 锁标志位
轻量级锁 指向栈中锁记录的指针 00
重量级锁 指向互斥量(重量级锁)的指针 10
GC标记 11
偏向锁 线程ID Epoch 对象分代年龄 1 01
无锁 对象的hashCode 对象分代年龄 0 01

“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的。但是,首先需要强调一点的是,轻量级锁并不是用来代替重量级锁的,它的本意是在没有多线程竞争的前提下,减少传统的重量级锁使用产生的性能消耗。在解释轻量级锁的执行过程之前,先明白一点,轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的情况,如果存在同一时间访问同一锁的情况,就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。

1、轻量级锁的加锁过程

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Java对象头详解

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由于Java面向对象的思想,在JVM中需要大量存储对象,存储时为了实现一些额外的功能,需要在对象中添加一些标记字段用于增强对象功能,这些标记字段组成了对象头。

1.对象头形式

JVM中对象头的方式有以下两种(以32位JVM为例):

1.1.普通对象

|--------------------------------------------------------------|
|                     Object Header
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Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍

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前言

从JDK 7版本开始,Java新加入的文件和网络io特性称为nio2(new io 2, 因为jdk1.4中已经有过一个nio了),包含了众多性能和功能上的改进,其中最重要的部分,就是对异步io的支持,称为Java AIO(asynchronous IO)。

因为AIO的实施需充分调用OS参与,IO需要操作系统支持、并发也同样需要操作系统的支持,所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。所以本文也附带介绍了Linux 2.6及以后版本新增的AIO特性(因为这跟Java AIO是对应关系)。

Java AIO

1 基本原理

目前为止,Java共支持3种网络编程模型:BIO、NIO、AIO:

  • Java BIO : 同步并阻塞,服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,当然可以通过线程池机制改善。
  • Java NIO : 同步非阻塞,服务器实现模式为一个请求一个线程,即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。
  • Java AIO(NIO.2) : 异步非阻塞,服务器实现模式为一个有效请求一个线程,客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

BIO、NIO、AIO适用场景分析:

  • BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序直观简单易理解。
  • NIO方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊天服务器,并发局限于应用中,编程比较复杂,JDK1.4开始支持。
  • AIO方式使用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用OS参与并发操作,编程比较复杂,JDK7开始支持。

2 AIO介绍

jdk在1.4版本的nio中提供了对非阻塞多路复用同步io模型的支持,但是在Windows上是基于较低效select/poll实现的。

jdk1.7中提供对aio的支持后,带来了两方面的好处:

  • Windows上可以使用iocp了。
  • 简化了网络变成模型。异步io相比较非阻塞多路复用模型更易理解,开发更为简单。

和多路复用的java nio相比较,可以发现,异步io是在数据读取或者写入调用已经完成的时候,再通知调用者,而非阻塞多路复用io则是在有数据就绪,可以读写的时候通知调用者,读写仍然是由调用者执行并且是阻塞的(这意味着如果要同时进行其他工作,要控制读写操作不能阻塞太长时间或者需要将其放去单独的io线程执行)。… 阅读全文

在Java7中体会NIO.2异步执行

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简单介绍 Asynchronous I/O

JDK7 已经大致确定发布时间。JSR 203 提出很久了。2009.11.13,JDK7 M5(b76)已经发布。JSR 203 习惯上称为 NIO.2,主要包括新的:

  • 异步 I/O(简称 AIO);
  • Multicase 多播;
  • Stream Control Transport Protocol(SCTP);
  • 文件系统 API;
  • 以及一些 I/O API 的更新,例如:java.io.File.toPath,NetworkChannel 的完整抽象,等等。

本文将主要关注 AIO。AIO 包括 Sockets 和 Files 两部分的异步通道接口及其实现,并尽量使用操作系统提供的原生本地 I/O 功能进行实现。例如 Windows 版本的实现就使用了所谓的完成端口模型(IOCP)。其实 JDK 7 … 阅读全文

java中的AIO

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简介

jdk7中新增了一些与文件(网络)I/O相关的一些api。这些API被称为NIO.2,或称为AIO(Asynchronous I/O)。AIO最大的一个特性就是异步能力,这种能力对socket与文件I/O都起作用。AIO其实是一种在读写操作结束之前允许进行其他操作的I/O处理。AIO是对JDK1.4中提出的同步非阻塞I/O(NIO)的进一步增强。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的,也就是应用操作之后会直接返回,不会堵塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

AIO 是异步IO的缩写,虽然 NIO 在网络操作中,提供了非阻塞的方法,但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说,我们的业务线程是在 IO 操作准备好时,得到通知,接着就由这个线程自行进行 IO 操作,IO操作本身是同步的。(除了 AIO 其他的 IO 类型都是同步的,这一点可以从底层IO线程模型解释,推荐一篇文章:《漫话:如何给女朋友解释什么是Linux的五种IO模型?》 )

查阅网上相关资料,我发现就目前来说 AIO 的应用还不是很广泛,Netty 之前也尝试使用过 AIO,不过又放弃了。

关于NIO,之前的一篇文章可以看看:java中的NIO

jdk7主要增加了三个新的异步通道:

  • AsynchronousFileChannel: 用于文件异步读写;
  • AsynchronousSocketChannel: 客户端异步socket;
  • AsynchronousServerSocketChannel: 服务器异步socket。

因为AIO的实施需充分调用OS参与,IO需要操作系统支持、并发也同样需要操作系统的支持,所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。

前提概念

在具体看AIO之前,我们需要知道一些必要的前提概念。

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以太网的含义

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首先在Win10系统的网络连接里、我们会看到“以太网”,其实系统中的以太网相当于Win7的本地连接,你也可以理解为网卡配置程序,当然了以太网远远没那么简单,到现在很多朋友还不是很了解以太网是什么,更深的含义就在下面,一起来了解一下以太网吧。以太网是什么以太网是Xerox公司发明的基带LAN标准。它采用带冲突检测的载波监听多路访问协议(CSMA/CD),速率为10Mbps,传输介质为同轴电缆。以太网是在20世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开发的,而IEEE802.3标准是在最初的以太网技术基础上于1980年开发成功的。现在,以太网一词泛指所有采用CSMA/CD协议的局域网。以太网2.0版由数字设备公司、Intel公司和Xerox公司联合开发,它与IEEE802.3兼容。


以太网运行图解1

一、以太网运行原理:

以太网和IEEE802.3通常由接口卡(网卡)或主电路板上的电路实现。以太网电缆协议规定用收发器将电缆连到网络物理设备上。收发器执行物理层的大部分功能,其中包括冲突检测及收发器电缆将收发器连接到工作站上。


以太网图解2

IEEE802.3提供了多种电缆规范,10Base5就是其中的一种,它与以太网最为接近。在这一规范中,连接电缆称作连接单元接口(AUI),网络连接设备称为介质访问单元(MAU)而不再是收发器。

二、以太网的安装构造方法:

以太网控制器也称以太网适配器,就是我们通常称的“网卡”。安装方法即是插在机器主板的PCI扩展槽里,一般为白色,然后安装所购买网卡中内附的驱动光盘即可。


三、以太网是怎么传输的?

以太网可以采用多种连接介质,包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接,而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。

上面就是关于以太网的相关知识,从构建、传输及运行原理,相信大家会有更深的认识。

来源: http://www.winwin7.com/JC/12116.html

 

最后看一张图, 了解一下工作过程:

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Android Studio使用Lint进行代码检查

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原文地址:http://blog.csdn.net/u010687392/article/details/47835743

Android Studio眼下已经更新到1.4版本号。它作为Google官方推荐的IDE,功能很强大,当中提供了一套静态代码分析工具,它能够帮助我们检查项目中存在的问题,让我们更有规范性的开发App。它能够检查出:xml文件里是否存在hardcode硬编码、unused resources没有使用到的资源、probable bug可能的bug等等。那么如今我们来測试使用它看看:

Android Lint的使用

找到Analyze文件夹下的Inspect Code检查代码选项点击

这里写图片描写叙述

然后弹出以下这个框框,在这个列表选项中我们能够选择Inspect Code的范围,点击OK

这里写图片描写叙述

待分析完成后,我们能够在Inspection栏目中看到检查的结果

这里写图片描写叙述
当中,我们从检查结果可知,它会给出全部在这个项目中不规范的编码、多余的资源、可能的bug、或者其他的一些问题,然后会给出改动的建议供我们參考,尽管这些问题并不会影响App的正常执行,只是这对于项目的规范性和维护性来说是很重要的。
我们从測试的demo中能够看出,这个项目中存在hardcode、unused resources和spelling拼写问题,点击相应的问题后后边会给出问题的详细位置供我们改动,所以这个工具能够让项目具有规范性的开发。

自己定义Android Lint的检查提示

我们知道在xml文件里编写布局时候。假如我们在一个TextView中的text属性上直接写字符串。在textSize属性上写入的值用dp为单位,那么,此时AS中将会有建议提示。如:
这里写图片描写叙述
能够看到这个提示太不明显了。所以我们能够通过更改相应的severity等级来更改提示的等级。如:
默认hardcode的severity等级为warning,我们改动hardcode的severity等级为error,那么在存在硬编码时候将会以error等级提醒我们:
这里写图片描写叙述
再改动testsize假设使用dp为单位的severity等级为:
这里写图片描写叙述
改动完毕后,我们能够看到提示使用红色的波浪线标记了,更直观了,如:
这里写图片描写叙述
并且,Android Lint中还有非常多能够自己去设置的,有兴趣的能够去试试,当然这个仅仅是起提示建议作用,并不会影响程序的正常执行。… 阅读全文

netty基本组件介绍

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Netty做为一款用于搭建高性能网络应用程序的高级框架,由以下几个主要构件组成:

一、Channel

Channel 是java NIO的一个基本构造,可以把channel看作是传入或者传出的数据载体,可以被打开或者关闭,连接或者断开连接。简单来说其实就是我们平常网络编程中经常使用的socket套接字对象。

 

二、EventLoop

EventLoop定义了Netty的核心对象,用于处理IO事件,多线程模型、并发。EventLoop及其相关的设计实现,我们这里不做深入了解。只需要暂时了解以下几点:

1、一个EventLoopGroup包含一个或者多个EventLoop;

2、一个EventLoop在它的生命周期内只和一个Thread绑定;

3、所有有EventLoop处理的I/O事件都将在它专有的Thread上被处理;

4、一个Channel在它的生命周期内只注册于一个EventLoop;

5、一个EventLoop可能会被分配给一个货多个Channel;

其实我们可以简单的把EventLoop及其相关的实现NioEventLoop、NioEventLoopGroup等理解为netty针对我们网络编程时创建的多线程进行了封装和优化,构建了自己的线程模型。

 

三、ChannelHandler和ChannelPipeline

ChannelHandler其实就是用于负责处理接收和发送数据的的业务逻辑,Netty中可以注册多个handler,以链式的方式进行处理,根据继承接口的不同,实现的顺序也不同。

1、ChannelInboundHandler:对接收的信息进行处理。一般用来执行解码、读取客户端数据、进行业务处理等。如ByteToMessageDecoder;

2、ChannelOutboundHandler:对发送的信息进行处理,一般用来进行编码、发送报文到客户端。如MessageToByteEncoder;

而ChannelPipeline为ChannelHandler链提供了容器。

 

四、ByteBuf

网络数据的操作归根到底是字节的操作,Netty的ByteBuf做为一个强大高效的字节容器,提供了更加丰富的API用于字节的操作,同时保持了卓越的功能性和灵活性;

 

总结:

以上四个做为Netty的基本组件,可以理解为Netty把我们之前网络编程中使用到的各部分都进行了优化和高性能的封装,对比到实际的通信流程中,可以简单的用下图直观的表示

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在netty基本组件介绍中,我们大致了解了netty的一些基本组件,今天我们来搭建一个基于netty的Tcp服务端程序,通过代码来了解和熟悉这些组件的功能和使用方法。

首先我们自己创建一个Server类,命名为TCPServer

第一步初始化ServerBootstrap,ServerBootstrap是netty中的一个服务器引导类,对ServerBootstrap的实例化就是创建netty服务器的入口

public class TCPServer {
    private Logger log = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    //端口号
    
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