Netty核心原理解析（一） I/O模型之BIO模型原理讲解

最新推荐文章于 2024-08-20 14:49:32 发布

CLFuture

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分类专栏： Netty核心原理文章标签： netty

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一，I/O模型初识

所谓I/O模型，其实就是用什么样的通道对数据进行发送和接收，其很大的程度上决定了当前陈程序通信的性能。
常见的有：
在这里插入图片描述
BIO：同步并阻塞，具体实现模式：一个请求连接对应一个线程，即客户端发送一个请求，服务器监听到之后，会给该请求创建独立的线程来进行处理。
NIO：同步非阻塞，具体实现模式：一个线程处理多个客户端请求，即客户端发送的请求会被注册到selector选择器上，通过selector选择器的select方法，多路复用轮询与客户端建立的连接通道，有事件响应就进行处理
AIO：异步非阻塞，相比前面两个引入了异步的概念，采用了Proactor模式，简化了程序编写，只有在有效的请求才启动线程去处理，特点：首先由操作系统完成后，才通知服务端程序启动线程去处理，
注：（本篇主要讲解BIO模式，BIO,AIO就不延伸了）

二，应用场景

针对上面三种不同的模型，有不同的应用场景：
BIO：连接数较少且固定的架构，由于线程与请求一对一的关系，就导致对服务器的资源要求高，而且并发只能局限在应用中，JDK1.4之前的唯一选择
NIO：连接数多且连接时间短的架构（轻操作），比如，聊天服务器，弹幕系统及服务器之间的通讯(dubble的底层采用了netty组件，而netty就是基于NIO的模型)，jdk 1.4开始支持
AIO：连接数目多且连接时间长的架构（重操作）,比如相册服务器，文件下载等jdk7开始支持，但目前的应用市场小

三，BIO模型实例

为了加深理解，我们接下来分别写两个例子：
BIO实例：
要求：
1 使用BIO模型完成一个服务端，并监听指定端口，当有客户端进行连接时，就启动一个线程与之通信
2 优化，使用线程池机制优化，可以连接多个客户端
3 进阶，服务端可以接收客户端发送的数据并输出

package com.clcl.xxx.demo.优快云.BIO;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.*;

public class BIODemo {
    public static void main(String args[]) throws IOException {

        //创建线程池，用来处理客户端的请求
        ThreadPoolExecutor executor= new ThreadPoolExecutor(3,5,5, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(3), Executors.defaultThreadFactory(), new  ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        //创建服务端的网络通信对象
        ServerSocket serverSocket=new ServerSocket();
        //绑定监听端口
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(6667));

        System.out.println("服务器启动了。。。");

        while(true){

            //等待客户端的连接
            //有连接，就会触发该方法，与客户端建立通信连接
            // ----如果没有链接就会阻塞,so 该方法为阻塞方法
            Socket socket = serverSocket.accept(); 
            //与客户端进行通信
            executor.execute(()->{
                //另写一个方法用来处理业务逻辑
                try {
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"与客户端"+socket.getRemoteSocketAddress()+"建立了连接"); 
                    handler(socket);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }


  public  static void handler(Socket socket) throws IOException {
        //BIO以数据流的形式交换数据
        //通过socket获取输入流
         byte[] bytes=new byte[1024];
         InputStream stream = socket.getInputStream();
      try {
             //循环读取输入流
             while (true) {
                 //将输入流的数据读取到字节数组中
                 int read = stream.read(bytes);
                 //判断当前读取是否为空
                 if (read == -1) {
                     break;
                 }
                 //输出读取的数据
                 System.out.println("客户端发送的数据是:" + new String(bytes, 0, read));
             }
         }catch (Exception e){
             e.printStackTrace();
         }
         finally {
          stream.close();
          socket.close();
         }
    }
}

场景校验：
通过客户端发送一个消息给服务端，查看服务端是否会打印数据？
客户端

服务端：
在这里插入图片描述
结果：
可以看到上面，客户端发送数据之后，服务端立马就接收到了数据，但是我们要如何证明在BIO模型下，一个请求是对应一个独立的线程呢？

代码解析BIO原理：
原理：一个请求对应一个独立的线程。
场景：启动多个客户端，并打印出每次与客户端通信的线程名称
客户端2：
在这里插入图片描述
客户端3：

服务端：

结果： 可以发现，每来一个客户端请求，服务端都会启动一个独立的线程去处理，验证了 BIO模式下，一个请求对应一个独立的线程

再深入
BIO模型下的一些阻塞方法：
accept()
场景：启动服务端，不做任何操作，可以发现，服务会一直阻塞在accept方法处
代码编辑：在accept方法上下，添加标识

            System.out.println("执行accept方法前，，，");
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("执行accept方法后，，，");

启动服务端：
在这里插入图片描述
结果：可以发现，服务会一直阻塞在执行accept方法前，所以accept是个阻塞方法

read()
场景：启动服务端，并创建一个客户端与之建立连接，不发送数据，查看服务是否会阻塞在read()方法
代码编辑：和上面一样，在read()方法上下添加标识

System.out.println("执行read方法之前");
                 int read = stream.read(bytes);
                 System.out.println("执行read方法之后");

服务端：
在这里插入图片描述
结果：可以发现，服务又阻塞在了read方法，于是可以得到read也是个阻塞方法。

BIO缺陷：
看到这里可以发现BIO模型的一些缺陷：
1 每来一个客户端请求，服务端就要启动一个线程去执行读写事件，在客户端较多的情况下，对服务器的资源要求很高
2 在未与客户端建立请求时，主线程会一直阻塞在accept方法。
3 在与客户端建立请求之后，如果客户端未发送数据，那么该线程会一直阻塞在read方法，不能去执行其他任务，资源未被充分利用

好了，BIO模型到这里就算是解析完成了，后续下一篇会对NIO模型原理讲解，以上都是个人的一些看法，有不同滴看法或更好的意见，欢迎交流O(∩_∩)O