数据结构和算法

网络通信协议

OSI 协议七层模型：

每一层都只关注自己关注的东西，把每一层的职责功能共同叠加，构建出整个通讯协议。

物理层：物理层关注的是物理媒介上传输的二进制格式，数据传输本质就是 0 和 1。如何定义 0 和 1，让无线设备发出的电波和光缆中传输的光信号，能相互识别、传输，这是物理层关注的东西。定义的是物理媒介上数据相互识别的规则。

数据链路层：核心职责是地址，无数的网络设备，手机、电脑、很多移动设别。如何知道你的信息要发送到哪一台设备上？对于 tcp 协议来说，其实就是对应设备的 mac 地址。还有一些错误检测，及流量控制，都是在链路层做的事情。

网络层：主要做路由选择。

传输层：提供端对端的接口。常用 tcp、udp 协议。服务器上运行着很多进程，由哪一个进程，去处理用户的请求？由传输层决定。数据包到了服务器以后，如果发送的 web 请求，默认发送到 80 端口，服务器交给监听 80 端口的进程来处理请求。

会话层：保持会话连接

表示层：数据是以字节流的方式传递的。收到数据以后，数据格式转换，加密、解密、压缩、解压缩都在表示层处理。

应用层：把以上一切，打包成一个接口，供给用户使用。

TCP/IP 四层模型：

应用层协议：http

传输层：tcp、udp

网络互联层：IP 协议，由 IP 地址实现网络分发

网络访问链路层：链路协议

网络数据包格式：

示例：

如 A 向 B 发送一段 json 数据，先由 http 协议包装为 http 格式的数据，再交由下一层，依赖 tcp 协议，包装为 tcp 格式，再交由下一层，包装为网络层的包，再交由下一层，包装为网络链路层格式的包。然后通过物理网络传输到 B 服务器。B 接收到后，一层一层拆包。网络链路层拆包后，拿到的是 IP 的数据。网络层拆包后，拿到的是传输层的数据。这时候检查，你要访问的端口是哪个，调用对应监听端口的进程来处理这段数据。在拆包后，得到的就是 http 的包。再拆包，就得到了发送的 json 数据。

可靠的 TCP 协议：

ip 协议不是一个可靠的通信协议，不会建立稳定的通信链路，不会确保数据一定送达。保证通讯可靠，必须依赖传输层协议 tcp。

tcp 协议是一个面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。tcp 作为一个比较基础的通讯协议，有很多重要的机制，保证了 tcp 协议的可靠性。

1.使用序号，对收到的 tcp 报文进行排序和检测重复数据

2.无错传输，使用校验和检测报文段的错误

3.使用确认和计时器来检测和纠正丢包或者延时

4.流量控制，避免主机发送过快而使接收方来不及完全收下

5.拥塞控制，发送方根据网络承载情况控制分组的发送量，以获得高性能同时避免拥塞崩溃丢失包重传

tcp 建立连接三次握手：

tcp 关闭连接四次挥手：

http 协议是为应用程序服务的，同样层级著名的协议还有 ftp 协议。

应用层 http 协议：

7 种方法：

get、post、delete、put、head、trace、options

响应 5 种状态：

1xx：消息已被服务器接收，正在处理

2xx：成功

3xx：重定向，需要后续操作才能完成本次请求

4xx：请求错误，请求含有语法错误

5xx：服务端错误，服务器内部发生异常

http 协议版本：

1.0：客户端-服务端，每次会话都会三次握手，四次挥手。频繁创建销毁链接。握手时间是算请求延迟的，挥手不算。

1.1：默认启用长连接模式，客户端可以使用一个 tcp 链接顺序发送多个请求，新版本也引入了管道机制，客户端可以不用等上一次请求返回的结果，就发送下一个。但是服务端还是按照客户端请求的顺序依次响应。可以理解为半双工模式。

http/2：和复用 tcp 链接模式不同。依然遵循请求-响应模式。但客户端发送多个请求，和服务端给出多个响应顺序不受限制，这样避免了“队头堵塞”，又能更快获取响应。

非阻塞网络 IO

socket 连接的基本概念：

当服务端启动后，会有一个程序，调用操作系统暴露的 socket 接口，bind 某个端口。操作系统使当前线程，监听该端口。有人连接后，程序调用 accept 方法，来读取 tcp 拆包后的数据。这个时候要注意，第一个连接的程序，这里会出现两个 socket。一个是客户端和服务端建立连接的 socket。一个是服务器程序自己 new 出来的监听服务器端口的 socket。

这里，accept 的时候，这里就开始监听，等待客户端连接，这里就发生了阻塞。socket.getInputStream().read()。这里如果数据没有全部传过来，还是要发生等待，阻塞。socket.getOutputStream().write()。传回数据调用 write 方法。socket 内存大小是有限的，很可能会占满，所以写的时候也可能阻塞。

如何解决？使用多线程

主线程来 accept，只用于建立连接。read 和 write 的操作由下面子线程完成。如果阻塞，只阻塞单个线程。

阻塞 IO：

物理介质，发送网络包给网卡，网卡解析链路层数据包，判断 mac 地址是否是本机。

交给操作系统，IP 地址包裹 tcp 数据包。

操作系统处理完以后，将 tcp 数据部分，写到 socket 缓冲区。

等待线程来 read。

（将网卡中的数据写到 socket 缓冲区，是操作系统完成的。完成这一操作后，会唤醒线程来处理。当线程写的时候，写到 socket 发送缓冲区，发完后，操作系统调用来发送数据到网卡，然后发出去。缓冲区满写不进去，会阻塞，缓冲区空，读不到数据，也会阻塞。都会阻塞应用线程。应用来说，只有这两个阻塞点（网络部分））

非阻塞 IO：

数据库

总结尚未完成。。。