一、I/O 模型
1.1 基本说明
1、 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。
2、 Java共支持3种网络编程模型/IO模式:BIO、NIO、AIO。
3、 Java BIO:同步并阻塞(传统阻塞性),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。
4、 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(Selector)上,多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理。
5、 Java AIO: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,对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。
1.2 适用场景分析
1、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。
2、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。
3、AIO方式适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。
二、Java BIO 详解
2.1 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(实现多个客户端连接服务器)。
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,但程序简单易理解。
2.2 工作原理
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端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;
2.3 应用实例
2.3.1 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实现即可);
2.3.2 代码
public class BIOServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 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
ExecutorService threadPool = 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");
// 创建一个线程,与之通讯
threadPool.execute(new Runnable() {
public void run() { // 重写该方法
// 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 获取一个输入流
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
// 循环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("read......");
int read = inputStream.read(bytes);
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();
}
}
}
}
2.3.3 telnet 使用
1、 进入到cmd;
2、 输入以下命令:telnet127.0.0.1:6666;
3、 快捷键进入消息发送页面:ctrl+];
4、 消息发送:sendok1000;
2.3.4 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。