Тонкая производительность Java-сокетов

Я создал приложение управления удаленным рабочим столом. Очевидно, что он состоит из клиентских и серверных частей:

Сервер:

• Получение действий мыши/клавиатуры от клиента;
• Отправка снимок экрана с рабочего стола на клиент.

Клиент:

• Получение снимка экрана с сервера;
• Отправка действий мыши/клавиатуры;

Рассмотрите отправку снимка экрана. Когда я использую свой домашний компьютер в качестве сервера, я получаю размер скриншота 1920x1080. Используя JAI Image I/O Tools и кодируя его как PNG, я смог получить следующую статистику для такого большого изображения:

• Время записи ~ 0,2 с; (не в сокет, а в некоторый "обычный" выходной поток, i. e. encode time)
• Время чтения ~ 0,05 с; (не из сокета, а из некоторого "обычного" входного потока, i. e. decode time)
• Размер ~ 250 КБ;
• Отличное качество.

В результате, согласно № 1, идеальным возможным FPS должно быть ~ 5.

К сожалению, я не могу достичь даже тех ~ 5 FPS, даже не 2 FPS. Я искал узкое место и выяснил, что запись/чтение в/из потоков ввода/вывода сокетов занимает до ~ 2 с (См. Приложение 1 и 2 для пояснения). Конечно, это неприемлемо.

Я немного исследовал эту тему - и добавил буферизацию потоков ввода-вывода сокетов (с BufferedInputStream и BufferedOutputStream) с обеих сторон. Я начал с размеров 64 КБ. Это действительно улучшило производительность. Но все равно не может быть как минимум 2 FPS! Кроме того, я экспериментировал с Socket#setReceiveBufferSize и Socket#setSendBufferSize, и были некоторые изменения в скорости, но я не знаю, как они себя ведут, поэтому я не знаю, какие значения использовать.

Посмотрите на код инициализации:

Сервер:

    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

Клиент:

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

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

Вопросы:

• Какие значения вы бы рекомендовали (для повышения производительности) для всех эти случаи и почему?
• Просьба уточнить Socket#setReceiveBufferSize и Socket#setSendBufferSize.
• Какие другие методы/методы вы можете посоветовать повысить производительность? такого приложения?
• Skype обеспечивает качественную передачу данных в реальном времени - как они это делают?

Приложение 1: Добавление развернутого псевдокода чтения клиентского сокета (@mcfinnigan):

while(true) {
    // objectInputStream is wrapping socket 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();
            }
        });
    }
}

Приложение 2: Добавление развернутого псевдокода записи на серверный сокет (@EJP):

while(true) {
    // objectOutputStream is wrapping socket 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.
    }
}

Вывод:

Спасибо за ваши ответы, особенно EJP - он сделал вещи более ясными для меня. Если вы похожи на меня - поиск ответов на то, как настроить производительность сокетов, вы обязательно должны проверить Сокеты TCP/IP в Java, второе издание: практическое руководство для программистов, особенно глава 6 "Under the Hood", в которой описывается, что происходит за кулисами классов *Socket, как управление и использование буферов отправки и получения (которые являются первичными ключами к производительности).

Ответы

  serverSocket.setReceiveBufferSize( ? ); // #1

socket.setSendBufferSize( ? ); // #6

    socket.setReceiveBufferSize( ? ); // #7

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