02、Netty 源码解析 - I/O 模型

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。