20200930 2. Java BIO 编程

Java BIO 编程

I/O 模型

I/O 模型简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能

Java共支持3种网络编程模型 I/O 模式：BIO、NIO、AIO

• Java BIO

  同步并阻塞(传统阻塞型)，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

  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，但程序简单易理解。

• Java NIO

  同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理

  NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

• Java AIO(NIO.2)

  异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用，目前没有被广泛使用

  AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

基本介绍

Java BIO 就是传统的 java io 编程，其相关的类和接口在 java.io

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)。

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

BIO 编程简单流程

1. 服务器端启动一个 ServerSocket
2. 客户端启动 Socket 对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户 建立一个线程与之通讯
3. 客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝
4. 如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，再继续执行

原理图：

BIO 应用实例

实例说明：

1. 使用BIO模型编写一个服务器端，监听6666端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯。
2. 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端。
3. 服务器端可以接收客户端发送的数据(telnet 方式即可)。

@Slf4j
public class BIOServer {

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

        //创建一个线程池,每连接到一个客户端，就启动一个线程和客户端进行通信
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
        log.info("tomcat服务器启动...");
        while (true) {
            log.info("main 等待中。。。1");
            //阻塞， 等待客户端连接
            final Socket socket = server.accept();
            log.info("连接到一个客户端！");
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    //业务处理
                    handler(socket);
                }
            });
        }

    }

    /**
     * 处理
     *
     * @param socket
     */
    public static void handler(Socket socket) {
        try {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();

            while (true) {
                log.info("handler 等待中。。。2");
                //读客户端数据 阻塞
                int read = inputStream.read(bytes);
                log.info("handler 读取到数据");
                if (read != -1) {
                    log.info(new String(bytes, 0, read));
                } else {
                    break;
                }
            }

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                log.info("关闭和client的连接..");
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

测试

1. 启动服务端

2. telnet 连接并发送数据

   ##	telnet 连接服务端
   telnet 127.0.0.1 6666
   ##	快捷键 Ctrl+]
   ##	发送数据
   send test001
   

3. 查看日志，注意日志的线程名

Java BIO 问题分析

1. 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 。
2. 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。
3. 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