以下为课堂整理笔记
课程:Netty 核心技术及源码剖析 - 韩顺平

# I/O 模型

# I/O 模型基本说明

  • 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
    Java BIO
  • 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
    Java NIO
  • 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

# BIO、NIO、AIO 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。

# Java 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

# Java BIO 工作机制

BIO 工作机制

# BIO 编程简单流程

  • 服务器端启动一个 ServerSocket
  • 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
  • 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
  • 如果有响应,客户端线程会等待请求结束后,在继续执行

# Java BIO 应用实例

# 实例说明:

  • 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。
  • 要求使用线程池机制改善,可以连接多个客户端.
  • 服务器端可以接收客户端发送的数据 (telnet 方式)。
  • 代码演示
import java.io.InputStream;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    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");
    
                // 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();
                }
            }
        }
    }

# Java BIO 问题分析

  • 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 。
  • 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。
  • 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