Socket

操作系统

操作系统把内存划分为用户空间和内核空间，是为了安全和稳定，是一种权限分离的设计。
通过硬件指令把能做的事情分成两级，
内核空间（高权限）：运行操作系统内核，可以直接访问所有硬件（如内存、磁盘、网卡）和执行特权指令。
用户空间（低权限）：运行日常使用的普通程序，不能直接访问硬件，要调用内核提供的接口来请求服务。

参考：
https://juejin.cn/post/7011689981601120293
https://javaguide.cn/cs-basics/operating-system/operating-system-basic-questions-01.html

Socket

什么是Socket

Socket（套接字）是操作系统提供的一套网络通信编程接口（API）。
只要有操作系统的网络通信，就会涉及Socket，现代操作系统（Linux、Windows、macOS、Android、iOS）中，Socket是用户态程序访问内核网络协议栈的唯一API 接口。
主机和目标主机建立连接通道，主机的程序把数据塞进Socket，数据就能通过网卡传输到目标主机的程序里。
Socket必须包含的5个要素：传输协议、本地IP、本地端口、远端IP、远端端口。

Socket生命周期

以从客户端访问服务端一次完整的HTTP请求为例
1、建立连接：创建Socket、完成三次握手
操作系统内核创建一个套接字结构体new Socket()，将ip、端口、协议信息放入，通过TCP三次握手发起请求connect()
三次握手：
此时客户端监听开放端口，向服务端发送SYN（Synchronize），此时客户端状态变为SYN_SENT，Java线程阻塞在connect()系统调用上。服务端端口处于LISTEN状态，收到SYN。
服务端收到SYN后，内核检查半连接队列是否满，回复SYN+ACK（Acknowledge），服务端状态LISTEN→SYN_RCVD，并将此连接放入半连接队列。客户端收到SYN+ACK。
客户端收到SYN+ACK后，回复ACK，客户端状态SYN_SENT→ESTABLISHED，connect()返回解除阻塞，new Socket()执行完毕。服务端收到ACK，状态SYN_RCVD→ESTABLISHED，将连接从半连接队列移至全连接队列，此时服务端accept()返回，成功建立传输通道。
2、数据传输（发送 HTTP 请求与接收响应）
通道已建立，双方可以全双工通信
单工通信：数据只能单向传输，一方只能发，另一方只能收。收音机、电视机
半双工通信：数据可以双向传输，双方都能收发，但是无法一起发送，一方发另一方只能收。对讲机
全双工通信：数据可以同时双向传输，双方收发互不影响。网络聊天窗口
3、四次挥手（连接关闭）
短连接：客户端请求完，服务端知道文档传完直接调用close()发FIN
长连接Keep-Alive：服务端传完数据不关，等着客户端发下一个请求。客户端 5 秒没动静，服务端超时主动发 FIN（Fianl），不用再浪费内存。
先发起的一端要保持TIME_WAIT，保护端口资源稀缺的客户端，服务器主动关闭socket.close()
四次挥手：
服务端向客户端发送FIN，服务端状态：ESTABLISHED→FIN_WAIT_1。客户端收到FIN。
客户端收到FIN后，回复ACK，客户端状态：ESTABLISHED→CLOSE_WAIT。服务端收到ACK。
服务端收到ACK后，FIN_WAIT_1→FIN_WAIT_2，此时 TCP 半关闭，服务端不能再发数据，但客户端还可以发。客户端应用层read()返回-1知道不再发送，向服务端发送FIN，客户端状态：CLOSE_WAIT→LAST_ACK。服务端收到FIN。
服务端收到FIN后，回复最后一个ACK，进入TIME_WAIT。客户端收到ACK，彻底关闭。服务端TIME_WAIT超时状态变为 CLOSED。

OSI七层协议
物理层
数据链路层
网络层
传输层
会话层
表示层
应用层

TCP/IP四层协议
应用层（应用层 + 表示层 + 会话层）
传输层
网络层
网络接口层（数据链路层 + 物理层）