网络编程(一)：网络编程和网络io的基本概念

网络编程 是指通过计算机程序与网络进行交互、进行数据传输和通信的技术。它使得不同设备（如计算机、手机、服务器等）能够通过网络互相通信，实现信息交换、资源共享和远程控制等功能。网络编程通常包括在程序中创建网络连接、发送和接收数据、处理网络协议等操作，涉及的技术和协议非常广泛，例如 TCP/IP协议、UDP协议、HTTP协议 等。

2.为什么网络编程可以使两台计算机互相传输数据？

计算机之间想实现数据传输，首先需要物理连接，如今大部分计算机都已连接到庞大的互联网，因此不用担心这点。在此基础上，只需考虑如何编写数据传输软件。而编写软件就是依靠网络编程。

3.如何进行网络编程？

操作系统提供了名为"套接字(socket)"的部件。套接字是网络数据传输用的软件设备，即便对网络数据传输原理不太熟悉，我们也能通过套接字完成数据传输。因此，网络编程又被称为套接字编程。

4.网络编程的基本要素

套接字（Socket）：套接字是网络编程中的基础，它提供了一种接口，让程序能够进行网络通信。程序通过套接字建立连接，发送和接收数据。常见的有：
- TCP套接字（面向连接，可靠传输）
- UDP套接字（无连接，不保证可靠性）
IP地址和端口：
- 每个设备在网络中都有一个唯一的IP地址，程序通过这个地址进行通信。
- 每个网络服务或应用程序通常会绑定到一个端口号（例如，HTTP通常使用80端口，HTTPS使用443端口）。
协议：
- TCP/IP协议：用于大多数网络通信，提供可靠的连接导向通信。
- UDP协议：用于要求低延迟、不关心数据可靠性的应用场景。
- HTTP/HTTPS协议：用于Web应用，基于TCP协议，HTTP用于网页数据传输，HTTPS是其加密版。
客户端和服务器：
- 客户端：发起请求的计算机或程序。
- 服务器：响应客户端请求，提供服务的计算机或程序。

5.网络编程的流程

创建套接字：客户端和服务器首先创建套接字，这是进行通信的基础。
建立连接：客户端通过套接字连接到服务器，服务器监听端口并等待客户端连接。
数据传输：客户端和服务器通过套接字发送和接收数据。
关闭连接：通信完成后，客户端和服务器关闭连接。

6.网络编程的应用场景

Web开发：
- 网站的前端和后端都涉及网络编程，前端通过HTTP协议向服务器发送请求，后端响应并返回数据（如HTML页面或API数据）。
即时通讯：
- 即时通讯软件（如微信、QQ等）使用网络编程实现实时消息的发送和接收，通常使用套接字进行通信。
文件传输：
- FTP（文件传输协议）和HTTP协议都涉及网络编程，用于实现文件上传和下载。
远程控制：
- SSH（安全外壳协议）和RDP（远程桌面协议）允许用户通过网络远程控制其他计算机，涉及网络编程实现数据交互。
在线游戏：
- 网络游戏需要频繁的网络编程操作，以确保多个玩家之间的数据实时同步和交互。
流媒体传输：
- 音频、视频的实时流媒体传输，如Netflix、YouTube等，需要基于网络编程技术来实现数据的流式传输。

二、网络io是什么？

1.定义

网络I/O（Input/Output）是指在计算机系统中，程序通过网络接口与其他计算机或设备进行数据交换的过程。它是计算机系统中输入和输出操作的一部分，特别是在涉及网络通信的场景下，数据的发送和接收都属于网络I/O操作。

输入（Input）：程序从网络接收数据的过程。例如，客户端从服务器接收请求响应，或者从远程数据库中查询数据。
输出（Output）：程序通过网络发送数据的过程。例如，客户端向服务器发送请求，或者应用程序向其他设备发送数据。

在计算机系统中，I/O操作涉及与外部设备（如磁盘、网络接口）进行的数据交换。网络IO需要向网卡读写数据。

三、网络io的种类

1.阻塞I/O（Blocking I/O）：

在阻塞I/O模式下，当程序发起网络操作（如读取数据），如果数据未准备好，程序将被阻塞，直到数据可以读取或写入为止。这意味着程序会停止执行，直到I/O操作完成。
适用场景：简单的应用程序或低并发场景。
缺点：若使用单线程处理网络 IO，程序将同一时间只能服务于一个网络请求。因此，在使用阻塞 IO 时，一般会配置多线程来使用，最常见的模型是阻塞 IO+多线程，每个连接由一个单独的线程进行处理。但在 linux 中，一个程序可以开辟的线程是有限的，而且开辟线程的开销也是比较大的。

2.非阻塞I/O（Non-blocking I/O）

在非阻塞I/O模式下，程序发起的网络操作会立即返回，而不管数据是否准备好。如果数据不可用，程序会收到一个错误或返回状态，告知它可以稍后再尝试。这种方式使得程序可以同时处理其他任务，避免被I/O操作阻塞。NIO 主要解决了“一个线程同时处理多个连接”的问题。
适用场景：需要处理多个网络连接的高并发系统。
缺点：太多无效的系统调用，导致“用户态”和“内核态”频繁切换的系统资源浪费。