BIO的一点理解

本文探讨网络编程中BIO的重要性和基本概念,通过详细解析服务端与客户端代码,帮助读者理解BIO的工作原理及为何会发生阻塞,为深入学习Netty和网络编程打下坚实基础。

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随着学习的深入,我们会越发感慨到网络编程的重要性,要想了解网络编程,我们需要了解下Java里的BIO和NIO,只有了解了BIO和NIO我们才能了解netty,我们才会真正的对网络编程有一个全新的认识,所以我呢今天从BIO说起,让大家真正的理解什么是BIO,大家都说阻塞,那么到底阻塞在哪里,为什么会发生阻塞呢,只有真正的做到知其然,才能知其所以然。

看一下服务端代码

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看一下客户端代码
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### BIO、NIO、AIO 和 IO 多路复用的概念及使用场景 #### 同步与异步、阻塞与非阻塞的基础理解 在网络通信中,同步(Synchronous)意味着当前线程会一直等待直到操作完成;而异步(Asynchronous)则表示不会阻塞当前线程,而是通过回调函数或其他机制通知操作已完成。同样,阻塞(Blocking)是指程序会在某些情况下暂停运行,而非阻塞(Non-blocking)则是指即使没有数据可读或写入也不会让程序停止。 #### BIO (Blocking I/O) BIO 是一种传统的输入输出模型,其中每个客户端连接都会创建一个新的线程来处理请求。这种方式简单易懂,但在高并发环境下表现不佳。由于每次 I/O 操作都需要等待资源可用,因此当有大量的客户端连接时,服务器可能因为线程过多而导致性能下降甚至崩溃[^1]。 ```java // BIO 示例代码 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port); while (true) { Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞在这里 new Thread(() -> handleRequest(socket)).start(); } ``` #### NIO (Non-blocking I/O) 相比 BIO 的每连接一线程模型,NIO 使用少量线程配合选择器(Selector)来管理多个通道(Channel)。这使得它可以高效地处理大量的并发连接。NIO 中的核心组件包括缓冲区(Buffer)、通道以及选择器。选择器能够监听多个 Channel 上的状态变化,并只在有事件发生时才触发相应逻辑[^5]。 ```java // NIO 示例代码 Selector selector = Selector.open(); serverSocketChannel.configureBlocking(false); serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); while (true) { int readyChannels = selector.select(); if (readyChannels == 0) continue; Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator(); while (keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if (key.isAcceptable()) { /* Handle accept */ } if (key.isReadable()) { /* Handle read */ } keyIterator.remove(); } } ``` #### AIO (Asynchronous I/O) AIO 提供了一种完全异步的方式来进行文件和套接字访问。在这种模式下,应用程序无需主动查询或者轮询即可得知某项任务已经结束——操作系统负责告知应用何时完成了指定的操作。这种设计非常适合那些需要极高吞吐量的应用场合[^3]。 然而值得注意的是,在实际开发过程中,JDK 对于 AIO 支持并不像 NIO 那样成熟稳定,尤其是在跨平台兼容性和功能完备度方面还存在一定局限性。 ```java // AIO 示例代码 AsynchronousServerSocketChannel listener = AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(port)); listener.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() { @Override public void completed(AsynchronousSocketChannel ch, Void att) {} @Override public void failed(Throwable exc, Void att) {} }); ``` #### IO 多路复用 IO 多路复用利用单一进程/线程同时监视多个文件描述符上的活动情况,只有当至少有一个就绪状态改变才会唤醒处理器进一步动作。常见的实现方法包括但不限于 `select`、`poll` 及 Linux 特有的高性能解决方案 `epoll` 等[^4]^。 虽然从表面上看,IO 多路复用似乎与 NIO 很接近,但实际上前者更多依赖底层 OS API 来达到目的,而后者的抽象层次更高一些,封装得更好一点,更适合面向对象语言如 Java 进行高层次编程[^2]. --- ### 总结对比表 | **特性** | **BIO** | **NIO** | **AIO** | **IO 多路复用** | |----------------|----------------------------------|--------------------------------------|---------------------------------------|-------------------------------------| | 并发能力 | 较低 | 高 | 极高 | 高 | | 实现复杂度 | 简单 | 中等 | 高 | 中等到高等 | | 资源消耗 | 显著增加 | 减少 | 最优 | 减少 | | 主要适用场景 | 小规模低并发 | 中大规模 | 需求极致性能的大规模 | 高效处理大量短时间活跃的连接 | ---
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