IO模型学习笔记

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概述

IO模型简单的理解: 就是用什么样的数据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。

三种IO模型:BIO(同步阻塞)NIO(同步非阻塞)AIO(异步非阻塞)

阻塞与非阻塞

是指访问IO线程是否会阻塞(或等待)

下面演示一下同一个线程访问两个资源,阻塞与非阻塞情况

阻塞 image.png

非阻塞 image.png

同步与异步

演示一下一个线程请求资源,同步与异步情况

同步 image.png

异步

image.png

注意异步获取返回结果的时候不需要等待返回,而是通过回调得到结果。

BIO

一个连接一个线程,即有客户端请求服务端的时候,服务端就需要用一个新的线程处理。 BIO就是传统的socket编程

image.png

BIO存在的问题 1、会创建大量的线程,虽然可以通过线程池来进行优化,但是并发量大时或者请求响应时间长时,同样也会存在需要创建大量线程才能处理情况。 2、连接建立后,如果当前线程没有数据可读,则线程会阻塞在read操作上,造成线程资源浪费。

BIO代码 服务端

public class ServerDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建一个线程池,如果有客户端连接就创建一个线程, 与之通信
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        //2.创建 ServerSocket 对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        System.out.println("服务器已启动");
        while (true) {
            //3.监听客户端
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("有客户端连接");
            //4.开启新的线程处理
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    handle(socket);
                }
            });
        }
    }

    public static void handle(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程ID:" + Thread.currentThread().getId()
                    + "   线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            //从连接中取出输入流来接收消息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            byte[] b = new byte[1024];
            int read = is.read(b);
            System.out.println("客户端:" + new String(b, 0, read));
            //连接中取出输出流并回话
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("没钱".getBytes());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                //关闭连接
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

客户端

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        while (true) {
            //1.创建 Socket 对象
            Socket s = new Socket("127.0.0.1", 9999);
            //2.从连接中取出输出流并发消息
            OutputStream os = s.getOutputStream();
            System.out.println("请输入:");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String msg = sc.nextLine();
            os.write(msg.getBytes());
            //3.从连接中取出输入流并接收回话
            InputStream is = s.getInputStream();
            byte[] b = new byte[1024];
            int read = is.read(b);
            System.out.println("老板说:" + new String(b, 0, read).trim());
            //4.关闭
            s.close();
        }
    }
}

先启动服务端,再启动客服端,客服端没有输入,服务端会一直阻塞在这里。可以通过debug测试一下

image.png

举个栗子 下图中一个人监视一个水壶的水是否烧开。一个人看成一个线程,一个水壶可以看成一个资源 image.png

NIO

一个线程处理多个请求,客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器通过轮询判断是否有读或者写,有则进行处理。

image.png

举个栗子 下图中,一个人可以监听多个水壶的状态 image.png

AIO

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。

Proactor 模式是一个消息异步通知的设计模式,Proactor 通知的不是就绪事件,而是操作完成事 件,这也就是操作系统异步 IO 的主要模型。

举个栗子 下图中,水壶会主动去通知人水是否烧开,人不需要时刻看着,这就是类似异步的回调。 image.png

适用场景

BIO适用于连接数固定且较少的应用(JDK1.4以前的唯一选择)。

NIO适用于连接数多,但是连接比较短(请求处理的时间不是很长)的应用。比如聊天服务器,弹幕 系统,服务器间通讯等,(JDK1.4 开始支持)

AIO适用于连接数较多且连接较长(请求处理时间长)的应用。比如相册服务器。(JDK7 开始支持)