Java BIO 编程

Java BIO 基本介绍

1. Java BIO 就是传统的java io 编程，其相关的类和接口在 java.io
2. BIO(blocking I/O) ： 同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。
3. BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，程序简单易理解

Java BIO 工作机制

​ 采用 BIO 通信模型 的服务端，通常由一个独立的 Acceptor 线程负责监听客户端的连接。我们一般通过在while(true) 循环中服务端会调用 ServerSocket的accept() 方法等待接收客户端的连接的方式监听请求，一旦接收到一个连接请求，就可以建立通信套接字Socket，并为这个通信套接字创建一个新的客户端线程处理这条 Socket 链路。如下图所示。

​ 但是在池化技术大行其道的今天，线程的创建和销毁时非常浪费资源的，使用线程池将线程利用起来重复使用，线程池可以设置等待队列的大小和最大线程数，因此，它的资源占用是可控的，无论多少个客户端并发访问，都不会导致资源的耗尽和宕机。那么上面的传统 BIO 工作机制图就变成了如下图所示的演进。

说了这么多很多刚入门的小伙伴依旧很懵逼，看不懂。下面我举一个生活中的例子：

传统的 BIO 模型工作机制 -：在生活中饭店一般都有大门口接待服务员（类似于 Acceptor 线程 ）接待所有进入饭店的客人，当有一个客人进来吃饭后，饭店就招聘一个服务员（类似于创建线程）专门接待这桌客人，这个服务员在此期间不能做其他事情，当客人走后饭店就把这个服务员辞退（类似于销毁线程），有点类似于同生共死，当然世界上没有那家饭店愿意做这种事情，太不现实；

线程池技术优化后的 BIO 模型工作机制：饭店都会有固定的多个服务员，当有一个客人进来吃饭后，就指定某个服务员专门接待这桌客人（类似于从线程池中取出一个线程），服务员在此期间也不能做其他时间，但是不同的是，当客人走后就可以让这个服务员休息一会（类似于将线程放回线程池等待下次使用），等待下一桌客人的到来。

Java BIO 应用实例

1、代码实现思路

1. 使用线程池替代单个线程，每建立一个客户端连接就从线程池中取出一个线程
2. serverSocket的accept函数监听客户端连接，如果没有客户端连接，程序将阻塞在accept函数上
3. 创建handler函数，处理Socket链路数据，接收来自客户端发送的请求，并打印在控制台

2、服务端代码实现

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @Description: 基于BIO通信模型的TimeServer
 * @Author: hh
 * @date 2020/10/14
 */
public class TimeServer {

    //1、创建一个线程池，如果有客户端连接就创建一个线程
    private static final ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
            10,
            10,
            120L,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<>(100));

    public static void main(String[] args) {
        //1、指定监听端口
        int port = 9999;
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);) {
            System.out.println("服务端启动，监听端口: " + port);
            while (true) {
                //2、创建一个无限循环监听客户端连接，如果没有客户端接入，则主线程将阻塞在 accept() 函数上
                System.out.println("等待连接。。。");
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("连接到一个客户端,主机地址：" + socket.getInetAddress().getHostAddress());
                threadPool.execute(() -> {
                    handler(socket);
                });
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * Socket链路处理器
     * @param socket
     */
    private static void handler(Socket socket) {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()))) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - 接收来自客户端信息");
            String body = null;
            //3、循环读取客户端发送信息
            while (true) {
                if ((body = reader.readLine()) == null) {
                    break;
                }
                //4、输出客户端发送信息
                System.out.println("服务端接收来自客户端信息：" + body);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3、客户端发起请求

1、启动 TimeServer，控制台输出如下：

2、如果是win10系统电脑，使用 win+R命令打开运行窗口，输入cmd命令

3、点击"确定"，进入命令行窗口，输入"telnet 127.0.0.1 9999"，TimeServer控制台输出如下

4、ctrl + ] 命令回显内容，回车，进入编辑状态，输入任何内容，TimeServer控制台将会输出相应内容

BIO 模型问题分析

• 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write 。
• 当并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大。
• 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费