调整Java套接字的性能

Question

我已经创建了一个远程桌面控制应用程序.显然,它由客户端和服务器部分组成:

服务器:

• 从客户端接收鼠标/键盘操作;
• 将桌面的屏幕截图发送给客户端.

客户:

• 从服务器接收屏幕截图;
• 发送鼠标/键盘动作;

考虑发送屏幕截图.当我使用家用PC作为服务器时 - 我最终获得了1920x1080的屏幕截图尺寸.通过使用JAI Image I/O Tools并将其编码为PNG,我能够为这样一个大图像获得以下统计数据:

1. 写入时间~0.2秒; (不是插入套接字,而是进入某些"常规"输出流,即编码时间)
2. 读取时间~0.05 s; (不是来自套接字,而是来自某些"常规"输入流,即解码时间)
3. 大小~250 KB;
4. 完美的品质.

因此,根据#1 - 理想的可能FPS应为~5.

不幸的是,我甚至无法达到~5 FPS,甚至不能达到2 FPS.我搜索了瓶颈,发现对套接字I/O流的写入/读取需要大约2秒(参见附录1和2以进行说明).当然这是不可接受的.

我对这个主题进行了一些研究 - 并在两侧增加了套接字I/O流(带BufferedInputStream和BufferedOutputStream)的缓冲.我从64 KB大小开始.这确实提高了性能.但仍然不能拥有至少2个FPS!另外,我已经尝试了Socket#setReceiveBufferSize并且Socket#setSendBufferSize速度有一些变化,但我不知道它们的行为究竟如何,因此我不知道使用哪些值.

看初始化代码:

服务器:

    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
    serverSocket.setReceiveBufferSize( ? ); // #1
    serverSocket.bind(new InetSocketAddress(...));

    Socket clientSocket = serverSocket.accept();
    clientSocket.setSendBufferSize( ? ); // #2
    clientSocket.setReceiveBufferSize( ? ); // #3

    OutputStream outputStream = new BufferedOutputStream(
            clientSocket.getOutputStream(), ? ); // #4
    InputStream inputStream = new BufferedInputStream(
            clientSocket.getInputStream(), ? ); // #5

客户:

    Socket socket = new Socket(...);
    socket.setSendBufferSize( ? ); // #6
    socket.setReceiveBufferSize( ? ); // #7

    OutputStream outputStream = new BufferedOutputStream(
            socket.getOutputStream(), ? ); // #8
    InputStream inputStream = new BufferedInputStream(
            socket.getInputStream(), ? ); // #9

问题:

1. 您会为所有这些案例推荐哪些值(以提高性能)以及为什么？
2. 请澄清Socket#setReceiveBufferSize和 Socket#setSendBufferSize行为.
3. 您可以提出哪些其他方法/技术来提高此类应用的性能？
4. Skype提供高质量的实时桌面传输 - 他们是如何做到的？

附录1:添加客户端套接字读取的展开伪代码(@mcfinnigan):

while(true) {
    // objectInputStream is wrapping socket's buffered input stream.
    Object object = objectInputStream.readObject(); // <--- Bottleneck (without setting proper buffer sizes is ~2 s)

    if(object == null)
        continue;

    if(object.getClass() == ImageCapsule.class) {
        ImageCapsule imageCapsule = (ImageCapsule)object;

        screen = imageCapsule.read(); // <--- Decode PNG (~0.05 s)

        SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                repaint();
            }
        });
    }
}

附录2:添加服务器套接字写入的展开伪代码(@EJP):

while(true) {
    // objectOutputStream is wrapping socket's buffered output stream.
    BufferedImage screen = ... // obtaining screenshot
    ImageCapsule imageCapsule = new ImageCapsule();

    imageCapsule.write(screen, formatName()); // <--- Encode PNG (~0.2 s)

    try {
        objectOutputStream.writeObject(imageCapsule); // <--- Bottleneck (without setting proper buffer sizes is ~2 s)
    }
    finally {
        objectOutputStream.flush();
        objectOutputStream.reset(); // Reset to free written objects.
    }
}

结论:

感谢您的回答,特别是EJP - 他让我的事情变得更加清晰.如果你像我一样 - 寻求如何调整套接字性能的答案,你一定要检查Java中的TCP/IP套接字,第二版:程序员实用指南,尤其是第6章"Under the Hood",它描述了幕后发生的事情.*Socket类,如何管理和利用发送和接收缓冲区(这是性能的主要关键).

Answer 1

• 写入时间~0.2秒;
• 读取时间~0.05 s;

如果不考虑中间网络的延迟和带宽,这些目标就毫无意义.

大小~250 KB;

无关.图像大小取决于您,它与实际编程没有关系,这是此站点的目的.

完美的品质.

"完美品质"只要求您不要丢弃任何位,而这些位无论如何都不会通过TCP获得.

  serverSocket.setReceiveBufferSize( ? ); // #1

这为所有接受的套接字设置了接收缓冲区大小.设置它尽可能大,超过64k,如果可能的话.

socket.setSendBufferSize( ? ); // #6

设置这个尽可能大,超过64k,如果可能的话.

    socket.setReceiveBufferSize( ? ); // #7

由于这是一个被接受的套接字,你已经在上面做了这个.去掉.

    OutputStream outputStream = new BufferedOutputStream(
            socket.getOutputStream(), ? ); // #8
    InputStream inputStream = new BufferedInputStream(
            socket.getInputStream(), ? ); // #9

这些的默认值是8k; 只要你有足够的套接字缓冲区大小.

您会为所有这些案例推荐哪些值(以提高性能)以及为什么？

往上看.

请澄清Socket#setReceiveBufferSize()和Socket#setSendBufferSize()行为.

它们控制TCP"窗口"的大小.这是一个相当深奥的话题,但其目的是使大小至少等于网络的带宽延迟乘积,即以秒为单位的带宽(以字节为单位/秒)> =以字节为单位的缓冲区大小.

您可以提出哪些其他方法/技术来提高此类应用的性能？

在发送数据时,不要抱着睡觉和做其他任务.尽可能快地发送它,你可以安排最紧密的循环.

Skype提供高质量的实时桌面传输 - 他们是如何做到的？

除非Skype员工碰巧想在这里泄露公司机密,否则可能不可知.

Answer 2

• 如果客户端为每个映像打开新的TCP连接,则TCP慢启动可能会导致缓慢. - >对所有帧使用相同的TCP连接.

• TCP有自己的缓冲区,这些缓冲区是TCP的最佳使用方式 - > BufferedOutputStream有时会带来好处,有时则不会.

• 通常只有屏幕截图的一小部分在截屏之间发生变化. - >仅转移更换的部件.