Java之BIO编程

以范特西之名
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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/IO 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 【简单示意图】

BIO模型

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 【简单示意图】

NIO模型

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。

适用场景分析

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。

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。

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。（目前尚未流行）

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BIO 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

对 BIO 编程流程的梳理

  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，在继续执行

应用实例

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  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)。

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运行成功后会serverSocket.accept();会阻塞等待客户端连接。通过telent 127.0.0.1 6666连接

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客户端连接后read()方法阻塞，等待客户端发送数据。

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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

由于客户端连接和服务端的处理之间的对应关系是1:1，如果遇到任务比较大，处理比较慢。或者并发量比较大的情况下，系统会创建大量的线程。从而导致服务器线程暴增，性能急剧下降，甚至宕机。

public class BIOServer {

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

        //线程池机制
        //思路
        //1. 创建一个线程池
        //2. 如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        //创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);

        System.out.println("服务器启动了");

        while (true) {
            System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + "名字=" + Thread.currentThread().getName());
            //监听，等待客户端连接
            System.out.println("等待连接....");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");

            //handler(socket);
            
            //就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() { //我们重写
                    //可以和客户端通讯
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }

    //编写一个handler方法，和客户端通讯
    public static void handler(Socket socket) {

        try {
            System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //通过socket 获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();

            //循环的读取客户端发送的数据
            while (true) {

                System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());

                System.out.println("wait read....");
                int read =  inputStream.read(bytes);
                System.out.println("reading....");
                if(read != -1) {
                    System.out.println(new String(bytes, 0, read
                    )); //输出客户端发送的数据
                } else {
                    break;
                }
            }

        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("关闭和client的连接");
            try {
                socket.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}
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