网络编程基础：从BIO到NIO再到AIO（一）

网络编程基础：从BIO到NIO再到AIO

前言

为什么要学习 BIO、NIO、AIO？

在学习 Netty 之前，先理解 Java 的三种 IO 模型：

• BIO：最基础的网络编程模型，理解网络通信原理
• NIO：Netty 的底层实现，理解高性能网络编程
• AIO：了解异步编程思想，拓展知识面

BIO、NIO、AIO 核心区别总结

总结

模型	核心特点	通俗比喻
BIO	同步阻塞：调用后等待结果，线程被阻塞	排队办业务，轮到你之前一直等
NIO	同步非阻塞：调用后立即返回，需要轮询检查	银行大堂经理，不断巡视哪个窗口有人
AIO	异步非阻塞：调用后立即返回，结果通过回调通知	外卖送达通知，到了自动打电话

BIO核心概念讲解

一、BIO 的三个角色

┌─────────────┐                    ┌─────────────┐
│   Server    │                    │   Client    │
│  (服务端)   │◀────── Socket ─────│  (客户端)   │
└─────────────┘                    └─────────────┘
     角色1          通信工具            角色2

1. Server（服务端）

• 作用：等待客户端连接，处理客户端请求
• 比喻：像餐厅，等待客人上门
• 代码：MultiBioServer.java

2. Client（客户端）

• 作用：主动连接服务端，发送请求
• 比喻：像客人，主动去餐厅
• 代码：SimpleBioClient.java

3. Socket（通信工具）

• 作用，是通信工具
• 作用：连接客户端和服务端，传输数据
• 比喻：像电话线，连接两个人

二、BIO 是什么？

BIO = Blocking IO（阻塞式输入输出）

核心特点：

// 1. 阻塞等待连接
Socket socket = serverSocket.accept();  // 没客户端连接，就一直等（阻塞）

// 2. 阻塞读取数据
String message = reader.readLine();     // 没数据，就一直等（阻塞）

BIO 的作用：

1. 实现网络通信：让两台电脑能互相发消息
2. 简单易用：代码直观，适合入门学习
3. 适合低并发：客户端少的场景（比如内部系统）

三、Socket 详解

Socket 是什么？

​ Socket = 网络通信的端点

客户端 Socket                    服务端 Socket
┌─────────────┐                ┌─────────────┐
│ InputStream │◀───── 数据 ─────│OutputStream │
│             │                │             │
│OutputStream │────── 数据 ────▶│ InputStream │
└─────────────┘                └─────────────┘

Socket 的两种类型：

类型	作用	使用场景
ServerSocket	监听端口，接受连接	服务端专用
Socket	实际的通信通道	客户端和服务端都用

四、关键 API 说明

API	作用	是否阻塞
ServerSocket.accept()	等待客户端连接	是
BufferedReader.readLine()	读取一行数据	是
PrintWriter.println()	发送一行数据	否
Socket.getInputStream()	获取输入流	否
Socket.getOutputStream()	获取输出流	否

五、BIO案例代码

/**
 * 最简单的 BIO 服务端
 * BIO 核心特点：阻塞式 IO
 * - accept() 会阻塞，等待客户端连接
 * - readLine() 会阻塞，等待客户端发消息
 */
public class MultiBioServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7397);
        System.out.println("服务端启动，等待客户端连接...");
        // 循环接受客户端连接
        while (true) {
            // 等待客户端连接（阻塞）
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            System.out.println("新客户端连接：" + clientSocket.getRemoteSocketAddress());
            // 为每个客户端创建一个线程处理
            new Thread(new ClientHandler(clientSocket)).start();
        }
    }

    /**
     * 客户端处理器（每个客户端一个线程）
     */
    static class ClientHandler implements Runnable {
        private Socket socket;
        public ClientHandler(Socket socket) {
            this.socket = socket;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                // 获取输入输出流
                BufferedReader reader = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8")
                );
                PrintWriter writer = new PrintWriter(
                    new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), "UTF-8"),
                    true
                );
                // 发送欢迎消息
                writer.println("欢迎连接到 BIO 服务器！");
                // 循环读取客户端消息
                String message;
                while ((message = reader.readLine()) != null) {
                    System.out.println("[" + socket.getRemoteSocketAddress() + "] 说：" + message);
                    // 回复客户端
                    writer.println("服务端已收到：" + message); 
                    // 如果客户端发送 "bye"，结束连接
                    if ("bye".equalsIgnoreCase(message)) {
                        System.out.println("[" + socket.getRemoteSocketAddress() + "] 断开连接");
                        break;
                    }
                }
                // 关闭资源
                reader.close(); writer.close(); socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

/**
 * 最简单的 BIO 客户端
 * 
 * 功能：连接服务端，发送消息，接收回复
 */
public class SimpleBioClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 连接服务端（IP + 端口）
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 7397);
        System.out.println("已连接到服务端：" + socket.getRemoteSocketAddress());
        // 2. 获取输入流（读取服务端消息）
        BufferedReader reader = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8")
        );
        // 3. 获取输出流（发送消息给服务端）
        PrintWriter writer = new PrintWriter(
            new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), "UTF-8"),
            true  // true 表示自动 flush
        );
        // 4. 读取服务端的欢迎消息
        String welcome = reader.readLine();
        System.out.println("服务端说：" + welcome);
        // 5. 从控制台读取用户输入，发送给服务端
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入消息（输入 bye 退出）：");
        while (true) {
            // 读取用户输入
            String input = scanner.nextLine();
            // 发送给服务端
            writer.println(input);
            // 读取服务端回复
            String response = reader.readLine();
            System.out.println("服务端回复：" + response);
            // 如果输入 bye，退出
            if ("bye".equalsIgnoreCase(input)) {
                break;
            }
        }
        // 6. 关闭资源
        scanner.close(); reader.close();writer.close(); socket.close();
        System.out.println("已断开连接");
    }
}