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Netty之JavaBIO编程模型介绍

King Wang

1 月 3, 2022

最近打算再次整理下Netty的相关内容,但是要把Netty弄的比较清楚,我们首先需要对Java中的BIO,NIO及AIO要比较清楚,所以我们前面会花几篇文章先把这块的内容整理出来。

JavaBIO编程模型介绍

1.I/O模型介绍

1.1 什么是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:

  1. BIO
  2. NIO
  3. AIO

1.2 Java BIO

同步并且阻塞(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端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。

在这里插入图片描述

1.3 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,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

在这里插入图片描述

1.4 Java AIO

AIO也称为NIO2,异步非阻塞,AIO引入异步通道的概念,采用了Proactor模式,简化了程序的编写,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。

2.BIO、NIO、AIO适用场景介绍

模型 场景
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。

3.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

4.BIO工作机制

在这里插入图片描述

流程描述:

  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

5.BIO应用实例

接下来我们通过一个小的DEMO案例来看看
BioServer

package com.dpb.netty.bio;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @program: netty4demo
* @description:
* @author: 波波烤鸭
* @create: 2019-12-28 10:42
*/
public class BioServer {

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

//线程池机制
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");
//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("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();
}
}
}
}

BioClient

package com.dpb.netty.bio;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
/**
* @program: netty4demo
* @description:
* @author: 波波烤鸭
* @create: 2019-12-28 10:45
*/
public class BioClient {

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

Socket socket = new Socket("localhost",6666);
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("hello ...".getBytes());
out.flush();
out.close();
}
}

执行效果:
在这里插入图片描述

6.BIO问题分析

最后我们来分析下BIO所具有的一些问题。

  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

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