Java Se : Java NIO（服务端）与BIO（客户端）通信

Java目前有三种IO相关的API了,下面简单的说一下:

BIO，阻塞IO，最常用的Java IO API，提供一般的流的读写功能。相信学习Java的人，都用过。

NIO，非阻塞IO，在JDK1.4中开始出现，大量应用与服务器端编程，用于提高并发访问的性能，常用的NIO框架有Netty，Mina。

AIO，异步IO，在JDK1.7开始出现。还没有了解过，等以后了解了再说。

阻塞、非阻塞，同步、异步

在写这篇文章前，在网上了解了一下，其中争议最的问题要数阻塞、非阻塞怎么理解，异步、同步怎么理解。

       由于每个人想法的不同，很难达到一个一致的答案，又没有真正的大牛出来给这一个准确的定义。这里也简单的说一下，我对这两组名词的理解。

1）阻塞、非阻塞

       我认为，BIO，NIO没有大家想的那么复杂，就是底层实现中进行数据的读写（IO）采取的两种方案，只不过非阻塞读写要比阻塞IO读写更快一些。

bio中的InputStream#read()是一个block方法。

 

2）同步、异步

       同步与异步，我认为说的并不是IO本身，我认为说的是程序采用的编程模型，也就是说采用的是同步的编程模型还是异步的编程模型。

      

       BIO、NIO，他们的区别是操作系统读写数据采用的方式，他们是Java中的概念，在Java领域，他们的底层实现采用的是同步的编程模型。所以说BIO、NIO都是同步的。

       AIO的底层实现应当是异步的编程模型，所以说它是异步IO。

这里我只是阐述了我对它们的理解，没有与大家争论到底怎么去理解他们。也许我没有大家想的那么深远，毕竟我只是学习了NIO不到一天时间而已。

针对BIO、NIO，服务器编程如何提高性能

       一个程序运行的快慢，一般有会受到两个因素的影响：1）程序代码是否高效，2）IO读写是否高效。曾经看过这么一幅图，大致内容是：一帮不同角色的人（程序员、运维、项目经理等角色的人）在一起讨论一个应用程序效率地下的问题。

程序员说的是：给我3个月时间，我能够让程序运行效率提高，当然了，我要调整代码的整体结构…

       运维说：…

       项目经理说：换用读写更快的硬件设备解决这个问题。

       故事我已经无法还原，但是这个故事说的内容就是程序优化带来的效率的提升远不及提高IO速度带来的提升。

相比于BIO，NIO就是从读写来提升效率的。性能对于服务器来说尤为重要，服务器端编程并不是都采用了NIO编程。

      

       Tomcat服务器内部，就有BIO、NIO两种方式。

1）BIO如何提高并发访问

BIO，是一种阻塞IO，服务器端使用BIO进行数据读写时，一般都是采用了一个Socket请求对应一个Thread的方式来提高性能的。

       但是一台服务器上，可以跑的线程数量也是有限制的：线程不是越多越好，毕竟线程间的切换，也是有不小的开销。也不是越少越好，线程太少，极端情况下一个线程，如果用一个线程来解决用户的并发访问，服务器接收一个客户的请求时，其他人都要处于等待状态。你访问网页，多数情况下超过5秒，估计你就关掉它了吧。

　　或者采用线程池方案。

2）采用NIO编程时 如何提高并发访问

采用选择器轮询可用通道，读写数据。具体的怎么做的就不说了，网上一大坨一大坨的，虽然网上大家写的大多是copy别人的。下面给会出一个例子，所以这里就不多说了，不知道的可以网上找相关的文章。

一个Thread下开一个Selector，一个Selector处理多个Socket通道（也就是多个用于请求），这样就是一个Thread线程可以同时处理多个用户请求。

孰优孰劣

       假若说，服务器设置同时处理1000个用户请求（也就是1000个处理用户请求的线程）。假若有10000个人来发请求。

如果采用BIO API编程，那么就同时只能为1000个人服务，其他的9000人就处于等待状态。

如果采用NIO API编程，也开启1000个线程，因为一个Thread可以同时处理多个用户请求，咱不说让它处理太多了，就处理10个吧，这样算下来，这个10000个用户请求，就都可以处理了。

BIO（客户端）与NIO（服务端）通信

       今天学习了NIO，就用NIO来处理浏览器用户请求吧。浏览器发送的肯定不是采用NIO API发送Socket请求的，肯定是使用了阻塞式IO，也就是对应于Java中的BIO了。

package com.fjn.other.nio.socket;

 

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

import java.io.OutputStream;

import java.net.InetSocketAddress;

import java.net.ServerSocket;

import java.net.Socket;

import java.nio.ByteBuffer;

import java.nio.channels.SelectionKey;

import java.nio.channels.Selector;

import java.nio.channels.ServerSocketChannel;

import java.nio.channels.SocketChannel;

import java.util.ArrayList;

import java.util.Collection;

import java.util.Iterator;

import java.util.concurrent.Callable;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

 

@SuppressWarnings({ "unchecked" })

public class NioServer {

       ServerSocketChannel serverChannel;

       ServerSocket serverSocket;

       public final int port;

       private Selector selector;

       ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

 

       NioServer(final int port) {

              this.port = port;

       }

 

       void init() throws Exception {

 

              // 创建 ServerSocketChannel、ServerSocket

              serverChannel = ServerSocketChannel.open();

              serverSocket = serverChannel.socket();

              serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));

 

              // 设置通道为非阻塞模式

              serverChannel.configureBlocking(false);

 

              // 开启通道选择器，并注册 ServerSocketChannel

              selector = Selector.open();

              serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

       }

 

       void go() throws Exception {

              while (true) {

                     int num = selector.select();

                     if (num <= 0)

                            continue;

                     Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();

 

                     while (keyIter.hasNext()) {

                            final SelectionKey key = keyIter.next();

 

                            // 接收一个Socket连接

                            // key.isAcceptable（）如果为true，说明channnel支持accept（）,也就是说明是一个ServerSocketChannel

                            if (key.isAcceptable()) {

                                   SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept();

                                   if (clientChannel != null) {

                                          clientChannel.configureBlocking(false);

                                          clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ

                                                        | SelectionKey.OP_WRITE);

                                   }

 

                            }

                            // 如果isReadable()为true,说明是一个SocketChannel

                            if (key.isReadable()) {

                                   String requestContent = read(key);

                                   // 业务处理

                                   // responseContent=doSomthing(requestContent);

                                   write(key, "ok" /* responseContent */);

                            }

 

                            keyIter.remove();

                     }

              }

       }

 

       // 从通道读取数据

       String read(SelectionKey key) throws Exception {

              SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

              buffer.clear();// 这一步必须有

              int len = 0;

              StringBuffer str=new StringBuffer();

              while ((len = socketChannel.read(buffer)) > 0) {

                     byte[] bs = buffer.array();

                     String block=new String(bs, 0, len);

                     System.out.println("Server read: " + block);

                     str.append(block);

              }

              buffer.clear();

              return str.toString();

       }

 

       // 写数据到通道

       void write(SelectionKey key, String str) throws Exception {

              SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

              buffer.clear();

              buffer.put(str.getBytes());

              buffer.flip();// 这一步必须有

              socketChannel.write(buffer);

       }

 

 

       public static void main(String[] args) throws Exception {

              final int port = 10000;

              NioServer server = new NioServer(port);

              server.init();

///========================================================

              // 接下来模拟3个Client并发访问服务器

              int poolsize = 3;

 

              ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(poolsize);

              Collection<Callable> tasks = new ArrayList<Callable>(10);

              final String clientname="clientThread";

              for (int i = 0; i < poolsize; i++) {

                     final int n = i;

 

                     // 若每一个Client都保持使用BIO方式发送数据到Server，并读取数据。

                     tasks.add(new Callable() {

 

                            @Override

                            public Object call() throws Exception {

 

                                   Socket socket = new Socket("127.0.0.1", port);

                                   final InputStream input = socket.getInputStream();

                                   final OutputStream out = socket.getOutputStream();

                                   final String clientname_n = clientname + "_" + n;

 

                                   // BIO读取数据线程

                                   new Thread(clientname_n + "_read") {

                                          @Override

                                          public void run() {

                                                 byte[] bs = new byte[1024];

                                                 while (true) {

                                                        try {

                                                               Thread.sleep(1000);

                                                        } catch (InterruptedException e) {

                                                               e.printStackTrace();

                                                        }

                                                        int len = 0;

                                                        try {

                                                               while ((len = input.read(bs)) != -1) {

                                                                      System.out.println("Clinet thread "

                                                                                    + Thread.currentThread()

                                                                                                  .getName() + " read: "

                                                                                    + new String(bs, 0, len));

                                                               }

                                                        } catch (IOException e) {

                                                               e.printStackTrace();

                                                        }

                                                 }

                                          }

                                   }.start();

 

                                   // BIO写数据线程

                                   new Thread(clientname_n + "_write") {

                                          @Override

                                          public void run() {

                                                 int a = 0;

                                                 while (true) {

 

                                                        try {

                                                               Thread.sleep(100);

                                                        } catch (InterruptedException e) {

                                                               e.printStackTrace();

                                                        }

                                                        String str = Thread.currentThread().getName()

                                                                      + " hello, " + a;

                                                        try {

                                                               out.write(str.getBytes());

                                                               a++;

                                                        } catch (IOException e) {

                                                               e.printStackTrace();

                                                        }

                                                 }

                                          }

                                   }.start();

 

                                   return null;

                            }

 

                     });

              }

              pool.invokeAll((Collection<? extends Callable<Object>>) tasks);

 

              server.go();

 

       }

}

上面的测试的是3个Client采用BIO API不断的并发的发送Socket 请求到Server端。Server采用NIO API处理Client的请求并作出响应，然后Client接收响应。